DE102017104025A1

DE102017104025A1 - Magnet und Verschiebungsdetektionseinheit

Info

Publication number: DE102017104025A1
Application number: DE102017104025.0A
Authority: DE
Inventors: Yohei Hirota; Hiraku Hirabayashi; Keisuke Uchida; Kazuya Watanabe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-09-14
Also published as: JP6512141B2; US10401195B2; CN107179093A; US20170261346A1; CN107179093B; JP2017161365A

Abstract

Eine Verschiebungsdetektionseinheit beinhaltet einen Magneten und einen magnetischen Detektor. Der Magnet beinhaltet ein erstes Magnetpolgebiet, das in einen Südpol polarisiert ist, und ein zweites Magnetpolgebiet, das in einen Nordpol polarisiert ist, und erzeugt ein Magnetfeld um den Magneten herum. Der magnetische Detektor ist relativ zu dem Magneten in einer ersten Richtung beweglich und detektiert eine Änderung des Magnetfeldes und detektiert damit eine Verschiebung des Magneten in der ersten Richtung. Der Magnet beinhaltet einen Übergangsabschnitt, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in einer zweiten Richtung zu einem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung schrittweise in der ersten Richtung variiert. Die zweite Richtung ist orthogonal zu der ersten Richtung.

Description

HINTERGRUND
Die Technologie betrifft eine Verschiebungsdetektionseinheit, die eine Verschiebung eines Magneten relativ zu einer Magnetdetektionsvorrichtung detektiert, und einen Magneten, der in der Verschiebungsdetektionseinheit bereitgestellt werden soll.
Wertgeber, Potentiometer und andere Messeinheiten weisen typischerweise eine Drehwinkeldetektionseinheit, eine sogenannte Verschiebungsdetektionseinheit, auf, die eine Drehbewegung eines sich drehenden Körpers detektiert. Eine beispielhafte Drehwinkeldetektionseinheit beinhaltet einen Magneten, der zusammen mit dem sich drehenden Körper drehbar ist, und eine magnetische Detektionsvorrichtung, die angrenzend an den Magneten und getrennt von diesem angeordnet ist. Zum Beispiel wird Bezug auf die ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr. 2001-304805 und 2011-145168 genommen.
KURZDARSTELLUNG
Jedoch können Detektionswinkelbereiche, die von Drehwinkeldetektionseinheiten wie oben beschrieben unterstützt werden, nicht ausreichend sein und ihr detektierter Wert kann bei einem bestimmten Drehwinkel erheblich von einem tatsächlichen abweichen.
Es ist wünschenswert, eine Verschiebungsdetektionseinheit, die es ermöglicht, einen Winkel mit hoher Genauigkeit zu detektieren, ohne ihren detektierbaren Winkelbereich zu verringern, und einen Magneten, der in dieser Verschiebungsdetektionseinheit geeignet bereitgestellt werden soll, bereitzustellen.
Eine Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer Ausführungsform der Technologie beinhaltet Folgendes: einen Magneten, der ein erstes Magnetpolgebiet, das in einen Südpol polarisiert ist, und ein zweites Magnetpolgebiet, das in einen Nordpol polarisiert ist, beinhaltet und ein Magnetfeld um den Magneten herum erzeugt; und einen magnetischen Detektor, der relativ zu dem Magneten in einer ersten Richtung beweglich ist und der eine Änderung des Magnetfeldes detektiert und damit eine Verschiebung des Magneten in der ersten Richtung detektiert. Der Magnet beinhaltet einen Übergangsabschnitt, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in einer zweiten Richtung zu einem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung schrittweise in der ersten Richtung variiert. Die zweite Richtung ist orthogonal zu der ersten Richtung.
Ein Magnet gemäß einer Ausführungsform der Technologie beinhaltet Folgendes: ein erstes Magnetpolgebiet, das sich in einer ersten Richtung erstreckt und in einen Südpol polarisiert ist; ein zweites Magnetpolgebiet, das sich in der ersten Richtung erstreckt und in einen Nordpol polarisiert ist; und einen Übergangsabschnitt, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in einer zweiten Richtung zu einem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung schrittweise in der ersten Richtung variiert. Die zweite Richtung ist orthogonal zu der ersten Richtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Vorderansicht einer Gesamtkonfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Technologie.
1B ist eine obere Draufsicht der Gesamtkonfiguration der in 1A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit.
1C ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtkonfiguration der in 1A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit.
2A ist eine erklärende schematische Ansicht eines Ausdrucks, der Grenzen des in 1A veranschaulichten Magneten definiert.
2B ist ein Graph, der Abstände von der Drehachse des in 1A veranschaulichten Magneten zu den jeweiligen Grenzen zwischen einem ersten Magnetpolgebiet und einem zweiten Magnetpolgebiet in dem Magneten anzeigt.
3A ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration des in 1A veranschaulichten magnetischen Detektors.
3B ist eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht einer Konfiguration eines Kernstücks des in 1A veranschaulichten magnetischen Detektors.
3C ist ein Schaltbild des in 1A veranschaulichten magnetischen Detektors.
4A ist ein charakteristischer Graph der in 1A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 1-1, der die Beziehungen zwischen einem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
4B ist ein charakteristischer Graph der in 1A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 1-1, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt.
5 ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-2.
6 ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-3.
7 ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-4.
8A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 5 veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
8B ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 6 veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
8C ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 7 veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
9A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 5 veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 1-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
9B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 6 veranschaulichten Magneten in experimentellem Beispiel 1-3, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
9C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 7 veranschaulichten Magneten in experimentellem Beispiel 1-4, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
10A ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-1.
10B ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-2.
10C ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-3.
10D ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-4.
11A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10A veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
11B ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10B veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
11C ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10C veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
11D ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10D veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
12A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10A veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-1, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
12B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10B veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
12C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10C veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-3, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
12D ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 10D veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 2-4, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
13A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 2-1 bis 2-4, der die Beziehung zwischen einem Winkel θ und dem Maximum von Fehlern AE anzeigt.
13B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 2-1 bis 2-4, der die Beziehung zwischen einem Winkel θ und einer Größe Babs einer magnetischen Flussdichte anzeigt.
14A ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-1.
14B ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-2.
14C ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-3.
14D ist eine obere Draufsicht eines Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-4.
15A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14A veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
15B ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14B veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
15C ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14C veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
15D ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14D veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
16A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14A veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-1, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
16B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14B veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
16C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14C veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-3, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
16D ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 14D veranschaulichten Magneten gemäß experimentellem Beispiel 3-4, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt.
17A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheiten gemäß experimentellen Beispielen 3-1 bis 3-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt.
17B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellen Beispielen 3-1 bis 3-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und einer Größe Babs einer magnetischen Flussdichte anzeigt.
18 ist eine erklärende Ansicht von Formen von Grenzen in einem Magneten gemäß einer ersten Modifikation.
19A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn der Magnet mit den Grenzen bereitgestellt ist, die wie in 1B veranschaulichte Formen aufweisen.
19B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-1, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn der Magnet mit den Grenzen bereitgestellt ist, die wie in 1B veranschaulichte Formen aufweisen.
20A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn der Magnet mit den Grenzen bereitgestellt ist, die wie in 18 veranschaulichte Formen aufweisen.
20B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn der Magnet mit den Grenzen bereitgestellt ist, die wie in 18 veranschaulichte Formen aufweisen.
21A ist eine Vorderansicht einer Gesamtkonfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Technologie.
21B ist eine obere Draufsicht der in 21A veranschaulichten Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit.
22 ist ein charakteristischer Graph der in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 5, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
23A ist ein charakteristischer Graph der in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 5-1, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt.
23B ist ein charakteristischer Graph der in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 5-2, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt.
23C ist ein charakteristischer Graph der in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 5-3, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt.
24 ist ein charakteristischer Graph einer in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit, der die Beziehung zwischen einem Winkel, den die magnetempfindliche Oberfläche des magnetischen Detektors mit den Grenzen des Magneten bildet, und einem Detektionsfehler anzeigt.
25A ist ein charakteristischer Graph der in 21A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 6, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Grenzen der Verschiebungsdetektionseinheit auf Basis der Ergebnisse aus 24 festgelegt sind.
25B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit aus 25A gemäß experimentellem Beispiel 6, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den von dem magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt.
26A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
26B ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
26C ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
26D ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
27A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-1, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
27B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
27C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-3, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
27D ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 7-4, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
28A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 7-1 bis 7-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum von Fehlern AE anzeigt.
28B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 7-1 bis 7-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und einer Größe Babs einer magnetischen Flussdichte anzeigt.
29A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
29B ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
29C ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
29D ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
30A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-1, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
30B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-2, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
30C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-3, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
30D ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 8-4, der einen Fehler eines Drehwinkels anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 21A veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
31A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheiten gemäß experimentellen Beispielen 8-1 bis 8-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt.
31B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheiten gemäß experimentellen Beispielen 8-1 bis 8-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und einer Größe Babs einer magnetischen Flussdichte anzeigt.
32A ist eine obere Draufsicht einer Gesamtkonfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Technologie.
32B ist eine Vorderansicht der Gesamtkonfiguration der in 32A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit.
33 ist ein charakteristischer Graph der in 32A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 9, der die Beziehungen zwischen einer Verschiebung des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und den einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt.
34A ist ein charakteristischer Graph der in 32A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 9-1, der einen Fehler einer Verschiebung, die aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einer tatsächlichen Verschiebung des Magneten anzeigt.
34B ist ein charakteristischer Graph der in 32A veranschaulichten Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 9-2, der einen Fehler einer Verschiebung, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einer tatsächlichen Verschiebung des Magneten anzeigt.
35 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines Magneten gemäß vergleichendem Beispiel 1.
36A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 1, der eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel eines Magneten relativ zu einem magnetischen Detektor und einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 35 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
36B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 1, der einen Fehler einer Verschiebung, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einer tatsächlichen Verschiebung des Magneten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 35 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
37 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines Magneten gemäß vergleichendem Beispiel 2.
38A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 2, der die Beziehungen zwischen einem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 37 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
38B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 2, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 37 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
39 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines Magneten gemäß vergleichendem Beispiel 3.
40A ist ein charakteristischer Graph einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 3, der die Beziehungen zwischen einem Drehwinkel des Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor und einzelnen magnetischen Flussdichten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 39 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
40B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß vergleichendem Beispiel 3, der einen Fehler eines Drehwinkels, der aus den durch den magnetischen Detektor detektierten magnetischen Flussdichten bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel des Magneten anzeigt, wenn die Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 39 veranschaulichten Magneten bereitgestellt ist.
41 ist eine Vorderansicht einer Gesamtkonfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer Modifikation der Technologie.
42 ist eine Draufsicht einer Beispielkonfiguration eines Multipolmagneten gemäß einer anderen Modifikation der Technologie.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Manche Ausführungsformen der Technologie werden unten ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung wird in der folgenden Reihenfolge gegeben.
1. Ausführungsform
Verschiebungsdetektionseinheit, die eine Magnetfeldkomponente ein einer Ebene parallel zu der Drehebene eines kreisförmigen Magneten detektiert.
2. Ausführungsform
Verschiebungsdetektionseinheit, die eine Magnetfeldkomponente in einer Drehrichtung eines kreisförmigen Magneten und eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu der Drehebene des kreisförmigen Magneten detektiert.
3. Ausführungsform
Verschiebungsdetektionseinheit, die eine Magnetfeldkomponente in einer Bewegungsrichtung eines rechtwinkligen Parallelepipedmagneten und eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu der Bewegungsrichtung des rechteckigen Parallelepipedmagneten detektiert.
4. Andere Modifikationen
[1. Ausführungsform]
[1-1] Beispiel linearer Grenzen
[Konfiguration von Verschiebungsdetektionseinheit 11]
Eine Beschreibung einer Konfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit 11 wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Technologie unter Bezugnahme auf 1A bis 1C, 2A, 2B und 3A bis 3C gegeben. 1A ist eine Vorderansicht einer Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit 11; 1B ist eine obere Draufsicht der Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit 11; und 1C ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit 11. 2A ist eine obere Draufsicht einer Konfiguration eines (später beschriebenen) Magneten 2 in der Verschiebungsdetektionseinheit 11; 2B ist ein charakteristischer Graph in Zusammenhang mit den Formen von Grenzen 21 und 22 in dem Magneten 2. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Gesamtkonfiguration einer (später beschriebenen) Sensoreinheit 3 in der Verschiebungsdetektionseinheit 11; 3B ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Konfiguration von (später beschriebenen) Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtungen 41 und 51 in der Sensoreinheit 3; und 3C ist ein Schaltbild der Sensoreinheit 3.
Die Verschiebungsdetektionseinheit 11 kann eine Drehwinkeldetektionseinheit sein, die einen Drehwinkel eines sich drehenden Körpers detektiert. Der sich drehende Körper kann ein zu messendes Objekt sein und kann zum Beispiel eine stabförmige oder scheibenförmige Form aufweisen. Die Verschiebungsdetektionseinheit 11 kann zum Beispiel eine Welle 1, den Magneten 2 und die Sensoreinheit 3 beinhalten. Bei dieser Ausführungsform ist eine Richtung entlang einer (später beschriebenen) Drehachse 1J der Welle 1 oder des Magneten 2 als eine Drehachsenrichtung z oder eine z-Richtung definiert. Eine Drehrichtung der Welle 1 und des Magneten 2 ist als eine Drehrichtung Θ oder eine Θ-Richtung definiert. Eine Richtung orthogonal zu sowohl der Drehachse 1J als auch der Drehrichtung Θ ist als eine radiale Richtung r oder eine Richtung r definiert.
Die Welle 1 kann eine Säule oder ein zylindrisches Element sein. Die Welle 1 kann direkt oder indirekt an dem sich drehenden Körper angebracht sein, der ein zu messendes Objekt ist, und kann zusammen mit dem sich drehenden Körper um die Drehachse 1J drehbar sein.
Der Magnet 2 kann einem „Magneten” in einer speziellen, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Technologie entsprechen und kann relativ zu einem externen System und zusammen mit der Welle 1 um die Drehachse 1J drehbar sein. Der Magnet 2 kann ein kreisförmiges Element sein und eine Öffnung 2K, die in der Nähe der Drehachse 1J bereitgestellt ist, und einen Außenumfangsrand und einen Innenumfangsrand, deren Umfangsrichtungen mit der Drehrichtung Θ übereinstimmen, aufweisen. Der Magnet 2 kann zum Beispiel ein ferromagnetischer Körper mit im Wesentlichen einheitlicher Abmessung in der z-Richtung, nämlich einer im Wesentlichen einheitlichen Dicke, sein. Die Welle 1 kann so angeordnet sein, dass sie durch die Öffnung 2K hindurchdringt, und in der Öffnung 2K befestigt sein, wobei ihre äußere Oberfläche sich in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Öffnung 2K befindet.
Der Magnet 2 weist ein S-Pol-Gebiet 2S und ein N-Pol-Gebiet 2N auf. Das S-Pol-Gebiet 2S ist in den Südpol polarisiert; das N-Pol-Gebiet 2N ist in den Nordpol polarisiert. Im Nachfolgenden wird der Südpol als der S-Pol bezeichnet und wird der Nordpol als der N-Pol bezeichnet. Das S-Pol-Gebiet 2S und das N-Pol-Gebiet 2N sind durch die zwei Grenzen 21 und 22 voneinander getrennt. Der Magnet 2 weist einen Übergangsabschnitt auf, in dem das S-Pol-Gebiet 2S und das N-Pol-Gebiet 2N in der radialen Richtung r, die senkrecht zu der Drehrichtung Θ ist, gleichzeitig vorhanden sind. In diesem Übergangsabschnitt variiert das Verhältnis des magnetischen Volumens des N-Pol-Gebiets 2N in der radialen Richtung r zu dem magnetischen Volumen des S-Pol-Gebiets 2S in der radialen Richtung r schrittweise in der Drehrichtung Θ. Diese Ausführungsform basiert auf einem nichtbeschränkenden Beispiel, in dem sowohl das magnetische Volumen des S-Pol-Gebiets 2S in der radialen Richtung r als auch das magnetische Volumen des N-Pol-Gebiets 2N in der radialen Richtung r schrittweise in der Drehrichtung Θ variieren. Im Nachfolgenden wird das magnetische Volumen des S-Pol-Gebiets 2S als ein magnetisches Volumen Vs bezeichnet; das magnetische Volumen des N-Pol-Gebiets 2N wird als ein magnetisches Volumen Vn bezeichnet. Weiterhin kann in diesem Übergangsabschnitt jede der Grenzen 21 und 22 einen Teil beinhalten, der sowohl in der radialen Richtung r als auch der Drehrichtung Θ gewinkelt ist. Es ist anzumerken, dass der Übergangsabschnitt bei dem in 1A bis 1C veranschaulichten Beispiel in dem gesamten Magneten 2 außer den folgenden Abschnitten bereitgestellt ist; einem Innenumfangsrand 21S der Grenze 21, einer inneren Endposition bei einem Winkel θ von 0°, die durch eine gerade Linie, die durch sowohl den Außenumfangsrand 22E der Grenze 22 als auch die Drehachse 1J hindurchgeht, definiert ist, einem Außenumfangsrand 21E der Grenze 21 und einer äußeren Endposition bei einem Winkel θ von 180°, die durch die gerade Linie, die durch sowohl einen Innenumfangsrand 22S der Grenze 22 als auch die Drehachse 1J hindurchgeht, definiert ist, wie in 2B veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Magnet 2 eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweisen und kann ein Querschnitt z-r des Magneten 2, der orthogonal zu der Drehrichtung Θ ist, eine im Wesentlichen einheitliche Form und Fläche in der Drehrichtung Θ aufweisen. Dies ermöglicht es, das Verhältnis zwischen dem magnetischen Volumen Vs und dem magnetischen Volumen Vn auf Basis eines Verhältnisses zwischen Abmessungen des S-Pol-Gebiets und des N-Pol-Gebiets in der r-Richtung zu bestimmen. Zum Beispiel kann das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S bei dieser Ausführungsform in dem Übergangsabschnitt des Magneten 2 schrittweise abnehmen, während das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N in dem Übergangsabschnitt des Magneten 2 schrittweise zunehmen kann, wenn man in der +Θ-Richtung von der inneren Endposition bei dem Winkel θ von 0° zu der äußeren Endposition bei dem Winkel θ von 180° geht. Wie oben beschrieben, kann der Magnet 2 in dieser Ausführungsform eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweisen. Daher kann ein Verhältnis zwischen den Längen der Liniensegmente des S-Pol-Gebiets und des N-Pol-Gebiets, die sich beide in der r-Richtung erstrecken, auf einem Querschnitt des Magneten 2, der parallel zu der zur z-Richtung orthogonalen Θ-r-Ebene ist, auf jeder Oberfläche des Magneten 2 oder auf beiden von diesen schrittweise in der Drehrichtung Θ variieren. Mit anderen Worten kann ein Verhältnis zwischen den Flächen der z-r-Querschnitte des S-Pol-Gebiets und des N-Pol-Gebiets, die orthogonal zu der Drehrichtung Θ sind, in dem Übergangsabschnitt des Magneten 2 schrittweise in der Drehrichtung Θ variieren. Weiterhin kann die Drehachse 1J in dem Magneten 2 zwischen dem Außenumfangsrand 21E der Grenze 21 und dem Außenumfangsrand 22E der Grenze 22 vorhanden sein und kann die Drehachse 1J auch zwischen dem Innenumfangsrand 21S und dem Innenumfangsrand 22S vorhanden sein. Wie in dem in 1A bis 1C veranschaulichten Beispiel können der Außenumfangsrand 21E, der Außenumfangsrand 22E, der Innenumfangsrand 21S, der Innenumfangsrand 22S und die Drehachse 1J alle miteinander ausgerichtet sein.
Ein durch ein Symbol Y2S bezeichneter Pfeil innerhalb des S-Pol-Gebiets 2S und ein durch ein Symbol Y2N bezeichneter Pfeil innerhalb des N-Pol-Gebiets 2N zeigen jeweils eine Orientierung eines durch den Magneten 2 produzierten magnetischen Hauptflusses an. Bei diesem Beispiel kann der magnetische Fluss Y2S in der +z-Richtung innerhalb des S-Pol-Gebiets 2S produziert werden, während der magnetische Fluss Y2N in der –z-Richtung innerhalb des N-Pol-Gebiets 2N produziert werden kann.
Wie oben beschrieben, kann das Verhältnis des magnetischen Volumens Vn des N-Pol-Gebiets in der radialen Richtung r zu dem magnetischen Volumen Vs des S-Pol-Gebiets in der radialen Richtung in dem Übergangsabschnitt monoton in der Drehrichtung Θ zunehmen oder abnehmen. Wie in 2A und 2B veranschaulicht, kann die Grenze 21 so gekrümmt sein, dass ein Abstand R(θ) von der Drehachse 1J zu der Grenze 21 mit einem (später beschriebenen) Grenzenwinkel θ monoton zunimmt oder abnimmt; der Grenzenwinkel θ wird unten als der Winkel θ bezeichnet.
Gleichermaßen kann die Grenze 22 so gekrümmt sein, dass ein Abstand R(θ) von der Drehachse 1J zu der Grenze 22 mit dem Winkel θ monoton zunimmt oder abnimmt. Im engeren Sinne kann jede der Grenzen 21 und 22 sich linear mit dem Winkel θ in Übereinstimmung mit Ausdruck (1), der unten beschrieben wird, ändern. Es ist anzumerken, dass 2A eine obere Draufsicht der Konfiguration des Magneten 2 ist, die zum Erläutern von Ausdruck (1) verwendet wird, und 2B ein charakteristischer Graph ist, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Abstand R(θ) anzeigt. R(θ) = (θ/180) × (ϕ0 – ϕi)/2 + (ϕi/2) (1)
In Ausdruck (1) bezeichnet R(θ) den Abstand von der Drehachse 1J, die in dem Zentrum des Magneten 2 positioniert ist, zu einem beliebigen gegebenen Punkt der Grenze 21 oder 22. Des Weiteren bezeichnet θ einen zentralen Winkel (°) zwischen einer Referenzlinie und einer Linie, die die Drehachse 1J mit einem beliebigen gegebenen Punkt auf der Grenze 21 oder 22 verbindet; die Referenzlinie weist einen Winkel θ von 0° auf und verbindet die Drehachse 1J mit dem Innenumfangsrand 21S der Grenze 21 oder dem Innenumfangsrand 22S der Grenze 22. Weiterhin bezeichnet ϕi den Innendurchmesser des Magneten 2 und bezeichnet ϕ0 den Außendurchmesser des Magneten 2.
Das Hauptbestandsmaterial des Magneten 2 kann ein ferromagnetisches Material sein, wobei Beispiele für dieses unter anderem Neodym (Nd), Samarium (Sm), Eisen (Fe), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und zwei oder mehr von diesen beinhalten können.
Die Sensoreinheit 3 detektiert eine Verschiebung des Magneten 2 in der Θ-Richtung durch Detektieren einer Variation einer Dichte eines magnetischen Flusses, der durch den sich in der Θ-r-Ebene drehenden Magneten 2 produziert wird. Die Sensoreinheit 3 kann in einer speziellen, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Technologie einem „magnetischen Detektor” entsprechen. Da die Sensoreinheit 3 so angeordnet ist, dass sie relativ zu einem externen System stationär ist, ist der Magnet 2 in der Drehrichtung Θ relativ zu der Sensoreinheit 3 beweglich. Die Sensoreinheit 3 kann bevorzugt in einer Position angeordnet sein, die mit dem Magneten 2 in der Drehachsenrichtung z, d. h. oberhalb oder unterhalb von diesem, überlappt.
Wie in 3A veranschaulicht, kann die Sensoreinheit 3 ein Substrat 30, zwei magnetische Detektionsvorrichtungen 4 und 5 und einen Arithmetikschaltkreis 6 beinhalten; ein Substrat 30 kann in einer Drehebene, oder der Θ-r-Ebene, des Magneten 2 ausgelegt sein und die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 und der Arithmetikschaltkreis 6 können über dem Substrat 30 montiert sein.
Wie in 3C veranschaulicht, kann die magnetische Detektionsvorrichtung 4 einen Brückenschaltkreis 40 und einen Differenzdetektor 42 beinhalten; in dem Brückenschaltkreis 40 können vier Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtungen 41, genauer gesagt Magnetowiderstandseffekt(MR)-Vorrichtungen 41A bis 41D, miteinander brückengekoppelt sein. Gleichermaßen kann die magnetische Detektionsvorrichtung 5 einen Brückenschaltkreis 50 und einen Differenzdetektor 52 beinhalten; in dem Brückenschaltkreis 50 sind vier Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtungen 51, genauer gesagt Magnetowiderstandseffekt(MR)-Vorrichtungen 51A bis 51D, miteinander brückengekoppelt. In dem Brückenschaltkreis 40 kann ein erstes Ende der MR-Vorrichtung 41A an dem Knoten P1 mit einem ersten Ende der MR-Vorrichtung 41B gekoppelt sein. Ein erstes Ende der MR-Vorrichtung 41C kann an einem Knoten 22 mit einem ersten Ende der MR-Vorrichtung 41D gekoppelt sein. Ein zweites Ende der MR-Vorrichtung 41A kann an einem Knoten P3 mit einem zweiten Ende der MR-Vorrichtung 41D gekoppelt sein. Ein zweites Ende der MR-Vorrichtung 41B kann an einem Knoten P4 mit einem zweiten Ende der MR-Vorrichtung 41C gekoppelt sein. Der Knoten 23 kann mit einer Energiequelle Vcc gekoppelt sein; der Knoten P4 kann masseverbunden sein. Die Knoten P1 und P2 können mit jeweiligen Eingangsanschlüssen des Differenzdetektors 42 verbunden sein. Der Differenzdetektor 42 kann eine Differenz zwischen elektrischen Potentialen an den Knoten P1 und P2 detektieren, wenn eine Spannung zwischen den Knoten P3 und P4 angelegt wird. Mit anderen Worten kann der Differenzdetektor 42 eine Differenz zwischen Spannungsabfällen in den MR-Vorrichtungen 41A und 41D detektieren. Der Differenzdetektor 42 kann die detektierte Differenz als ein Differenzsignal S1 an den Arithmetikschaltkreis 6 ausgeben. Gleichermaßen kann in dem Brückenschaltkreis 50 ein erstes Ende der MR-Vorrichtung 51A an einem Knoten P5 mit einem ersten Ende der MR-Vorrichtung 51B gekoppelt sein. Ein erstes Ende der MR-Vorrichtung 51C kann an einem Knoten P6 mit einem ersten Ende der MR-Vorrichtung 51D gekoppelt sein. Ein zweites Ende der MR-Vorrichtung 51A kann an einem Knoten P7 mit einem zweiten Ende der MR-Vorrichtung 51D gekoppelt sein. Ein zweites Ende der MR-Vorrichtung 51B kann an einem Knoten P8 mit einem zweiten Ende der MR-Vorrichtung 51C gekoppelt sein. Der Knoten P7 kann mit einer Energiequelle Vcc gekoppelt sein; der Knoten P8 kann masseverbunden sein. Die Knoten P5 und P6 können mit jeweiligen Eingangsanschlüssen des Differenzdetektors 52 gekoppelt sein. Der Differenzdetektor 52 kann eine Differenz zwischen elektrischen Potentialen an den Knoten P5 und P6 detektieren, wenn eine Spannung zwischen den Knoten P7 und P8 angelegt wird. Mit anderen Worten kann der Differenzdetektor 52 eine Differenz zwischen Spannungsabfällen in den MR-Vorrichtungen 51A und 51D detektieren. Der Differenzdetektor 52 kann die detektierte Differenz als ein Differenzsignal S2 an den Arithmetikschaltkreis 6 ausgeben. In 3B zeigt ein durch ein Symbol „J31” bezeichneter Pfeil schematisch eine Magnetisierungsorientierung der Schicht 31 mit fester Magnetisierung in jeder der MR-Vorrichtungen 41A bis 41D und 51A bis 51D. Einzelheiten der Schicht 31 mit fester Magnetisierung werden später beschrieben. Insbesondere können sich die Widerstände von sowohl der MR-Vorrichtung 41A als auch 41C in einer ersten Orientierung als Reaktion auf eine Änderung eines externen magnetischen Signalfeldes ändern (d. h. erhöhen oder verringern), wohingegen sich die Widerstände von sowohl der MR-Vorrichtung 41B als auch 41D in einer zweiten Orientierung als Reaktion auf eine Änderung des externen magnetischen Signalfeldes ändern können (d. h. abnehmen oder zunehmen). Ferner ist die erste Orientierung entgegengesetzt zu der zweiten Orientierung. Die Widerstände der MR-Vorrichtungen 51A und 51C können sich als Reaktion auf eine Änderung des externen Magnetsignalfeldes ändern, wobei ihre Phase zu der der Widerstände der MR-Vorrichtungen 41A bis 41D um 90° verschoben ist. Widerstände der MR-Vorrichtungen 51B und 51D und Widerstände der MR-Vorrichtungen 51A und 51C können sich als Reaktion auf eine Änderung des magnetischen Signalfeldes zu entgegengesetzten Seiten ändern. Wenn sich zum Beispiel der Magnet 2 dreht, nehmen Widerstände der MR-Vorrichtungen 41A und 41C zu, aber nehmen Widerstände der MR-Vorrichtungen 41B und 41D innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs ab. In diesem Fall können sich die Widerstände der MR-Vorrichtungen 51A und 51C ändern, wobei ihre Phase hinsichtlich der der Widerstände der MR-Vorrichtungen 41A und 41C um 90° nach- oder vorläuft, wohingegen sich die Widerstände der MR-Vorrichtungen 51B und 51D ändern können, wobei ihre Phase hinsichtlich der der Widerstände der MR-Vorrichtungen 41B und 41D um 90° nach- oder vorläuft.
Wie in 3B veranschaulicht, kann zum Beispiel jede MR-Vorrichtung 41 eine Spin-Valve-Struktur aufweisen, in der mehrere funktionale Filme, einschließlich einer magnetischen Schicht, aufeinander gestapelt sind. Insbesondere kann jede MR-Vorrichtung 41 eine Schicht 33 mit freier Magnetisierung, eine Zwischenschicht 32 und die Schicht 31 mit fester Magnetisierung beinhalten, die in einer Z-Achsen-Richtung in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die Schicht 31 mit fester Magnetisierung kann die Magnetisierung J31 in einer vorbestimmten konstanten Richtung fixiert aufweisen; die Zwischenschicht 32 kann keine Magnetisierung in bestimmten Richtungen aufweisen; und die Schicht 33 mit freier Magnetisierung kann eine Magnetisierung J33 aufweisen, die sich mit einer Dichte eines magnetischen Flusses in einem magnetischen Signalfeld Hm ändert. Die Schicht 31 mit fester Magnetisierung, die Zwischenschicht 32 und die Schicht 33 mit freier Magnetisierung können jeweils ein in der Θ-r-Ebene bereitgestellter dünner Film sein. Daher kann die Orientierung der Magnetisierung J33 der Schicht 33 mit freier Magnetisierung in der Θ-r-Ebene drehbar sein. 3B veranschaulicht einen Zustand, in dem eine Last an das magnetische Signalfeld Hm in der Orientierung der Magnetisierung J33 angelegt ist. Als ein Beispiel kann die Magnetisierung J31 der Schicht 31 mit fester Magnetisierung in jeder der MR-Vorrichtungen 41A und 41C in der +Θ-Richtung festgelegt sein, wohingegen die Magnetisierung J31 der Schicht 31 mit fester Magnetisierung in jeder der MR-Vorrichtungen 41B und 41D in der –Θ-Richtung festgelegt sein kann. Die Schicht 31 mit fester Magnetisierung, die Zwischenschicht 32 und die Schicht 33 mit freier Magnetisierung können jeweils entweder eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur einschließlich mehrerer Schichten aufweisen.
Die Schicht 31 mit fester Magnetisierung kann aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sein, wobei Beispiele für dieses unter anderem Kobalt (Co), eine Kobalt-Eisen-Legierung (CoFe) und eine Kobalt-Eisen-Bor-Legierung (CoFeB) beinhalten können. Eine nichtveranschaulichte antiferromagnetische Schicht kann auf der Oberfläche der Schicht 31 mit fester Magnetisierung, die ferner von der Zwischenschicht 32 ist, bereitgestellt sein, so dass die antiferromagnetische Schicht an die Schicht 31 mit fester Magnetisierung angrenzt. Diese antiferromagnetische Schicht kann aus einem antiferromagnetischen Material gefertigt sein, wobei Beispiele für dieses unter anderem eine Platin-Mangan-Legierung (PtMn) und eine Iridium-Mangan-Legierung (IrMn) beinhalten können. Als ein Beispiel kann sich die antiferromagnetische Schicht in der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 in einem Zustand befinden, in dem sich magnetische Spinmomente in der +Θ- und –Θ-Richtung gegenseitig vollständig aufheben, und kann sie die Orientierung der Magnetisierung J31 der angrenzenden Schicht 31 mit fester Magnetisierung in der +Θ-Richtung fixieren.
Bei einer Ausführungsform, in der die Spin-Valve-Struktur als ein Magnettunnelkontakt(MTJ)-Film (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) fungiert, kann die Zwischenschicht 32 eine nichtmagnetische Tunnelbarriereschicht sein, die zum Beispiel aus Magnesiumoxid (MgO) gefertigt ist, und kann dünn genug sein, um zu ermöglichen, dass ein auf Quantenmechanik basierender Tunnelstrom hindurchfließt. Die aus MgO gefertigte Tunnelbarriereschicht kann zum Beispiel durch einen Prozess, wie etwa einen Sputter-Prozess unter Verwendung eines aus MgO gefertigten Ziels, einen Prozess des Oxidierens eines dünnen aus Magnesium (Mg) gefertigten Films und einen reaktiven Sputter-Prozess, durch den Magnesium (Mg) Sputtern unter einer Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt ist, erhalten werden. Anstelle von MgO kann die Zwischenschicht 32 zum Beispiel aus einem Oxid oder Nitrid von Aluminium (Al), Tantal (Ta) oder Hafnium (Hf) gefertigt sein. Alternativ kann die Zwischenschicht 32 aus einem Element der Platingruppe, wie etwa Ruthenium (Ru), oder einem nichtmagnetischen Metall, wie etwa Gold (Au) und Kupfer (Cu), gefertigt sein. In diesem Fall kann die Spin-Valve-Struktur als ein GMR-Film (GMR: Giant Magneto Resistive effect – Riesenmagnetowiderstandseffekt) fungieren.
Die Schicht 33 mit freier Magnetisierung kann eine weichferromagnetische Schicht sein und kann zum Beispiel aus einer Kobalt-Eisen-Legierung (CoFe), einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe) oder einer Kobalt-Eisen-Bor-Legierung (COFeB) gefertigt sein.
Wenn ein Strom I10 von dem Spannungsanschluss Vcc dem Brückenschaltkreis 40 zugeführt wird, kann der Strom I10 am Knoten P3 in einen Strom I1 und einen Strom I2 aufgeteilt werden. Dann fließt der Strom I1 durch die MR-Vorrichtungen 41A und 41B in den Brückenschaltkreis 40 und fließt der Strom I2 durch die MR-Vorrichtungen 41D und 41C in den Brückenschaltkreis 40. Danach gibt der Brückenschaltkreis 40 ein Signal e1 von dem Knoten P1 und ein Signal e2 von dem Knoten P2 aus und dann werden die Signale e1 und e2 dem Differenzdetektor 42 zugeführt. Falls der Winkel zwischen der Magnetisierung J31 und der Magnetisierung J33 zum Beispiel durch γ bezeichnet wird, kann in diesem Fall das Signal e1 eine Ausgabeänderung repräsentieren, die sich in Übereinstimmung mit Acos(+γ)+B ändert, und kann das Signal e2 eine Ausgabeänderung repräsentieren, die sich in Übereinstimmung mit Acos(γ – 180°) + B ändert, wobei A und B Konstanten sind. Gleichermaßen kann, wenn der Strom I10 von dem Spannungsanschluss Vcc dem Brückenschaltkreis 50 zugeführt wird, der Strom I10 am Knoten P7 in einen Strom I3 und einen Strom I4 aufgeteilt werden. Dann fließt der Strom I3 durch die MR-Vorrichtungen 51A und 51B in den Brückenschaltkreis 50 und fließt der Strom I4 durch die MR-Vorrichtungen 51D und 51C in den Brückenschaltkreis 40. Danach gibt der Brückenschaltkreis 50 ein Signal e3 von dem Knoten P5 und ein Signal e4 von dem Knoten P6 aus und dann werden die Signale e3 und e4 dem Differenzdetektor 52 zugeführt. In diesem Fall kann das Signal e3 eine Ausgabeänderung repräsentieren, die sich in Übereinstimmung mit. Asin(+γ) + B ändert, und das Signal e4 kann eine Ausgabeänderung repräsentieren, die sich in Übereinstimmung mit Asin(γ – 180°) + B ändert. Anschließend kann der Differenzdetektor 42 das Differenzsignal S1 ausgeben und kann der Differenzdetektor 52 das Differenzsignal S2 ausgeben. Dann können die Differenzsignale S1 und S2 in den Arithmetikschaltkreis 6 fließen. Der Arithmetikschaltkreis 6 kann einen Winkel entsprechend zu tanγ berechnen. Da γ einem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 entspricht, kann der Arithmetikschaltkreis 6 dazu in der Lage sein, einen Drehwinkel θs zu bestimmen.
[Betrieb und Funktionsweise von Verschiebungsdetektionseinheit 11]
Die Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß dieser Ausführungsform kann dazu in der Lage sein, zu bewirken, dass die Sensoreinheit 3 einen Drehwinkel θs des Magneten 2 in der Θ-Richtung detektiert.
Wenn sich der Magnet 2 in der Verschiebungsdetektionseinheit 11 um eine Umdrehung dreht, kann ein Magnetfeld die Sensoreinheit 3 erreichen und können die MR-Vorrichtungen 41 Variationen von Magnetfeldkomponenten in der r- und Θ-Richtung detektieren. Der Brückenschaltkreis 40 kann die Signale e1 und e2 ausgeben, die dann in den Arithmetikschaltkreis 6 fließen. Insbesondere kann der Magnet 2 bewirken, dass zum Beispiel eine magnetische Flussdichte Br (z. B. αsin θs) variiert wird, wie in 4A durch eine Kurve C2r ausgedrückt, und kann bewirken, dass zum Beispiel eine magnetische Flussdichte BΘ (z. B. βcos θs) variiert wird, wie in 4A durch eine Kurve C2Θ ausgedrückt. Variationen der magnetischen Flussdichten Br und BΘ können durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektiert werden und infolgedessen können die Signale e1 und e2 dem Arithmetikschaltkreis 6 zugeführt werden. Danach kann der Arithmetikschaltkreis 6 dazu in der Lage sein, einen Drehwinkel θs des Magneten 2 auf Basis des Ausdrucks Arctan(αsin θs/βcos θs) zu bestimmen. 4A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit 11, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. Speziell veranschaulicht 4A Simulationsdaten von experimentellem Beispiel 1-1 und diese Simulationsdaten wurden unter den unten beschriebenen Bedingungen erhalten. Eine Dicke des Magneten 2 oder eine Abmessung des Magneten 2 in der z-Richtung wurde auf 10 mm festgelegt. Der Außendurchmesser ϕ0 des Magneten 2 wurde auf 100 mm festgelegt. Der Innendurchmesser ϕi des Magneten 2 wurde auf 40 mm festgelegt. Ein Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Drehachse 1J wurde auf 23 mm festgelegt. Ein Abstand Zs zwischen der Oberfläche des Magneten 2 in der Z-Richtung und der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 wurde auf 1 mm festgelegt. Ein Winkel θ wurde auf 180° festgelegt. Die Grenzen 21 und 22 entsprachen Ausdruck (1).
4B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 1-1, der einen Fehler AE eines Drehwinkels θss des Magneten 2 mit Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel θs anzeigt; der Drehwinkel θss wird aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt. 4B zeigt, dass sich der Fehler AE periodisch mit dem tatsächlichen Drehwinkel θs ändert. Wie in 4A angezeigt, weisen die Kurven, die die Variationen der magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz mit dem Drehwinkel Θs anzeigen, jeweils einen ersten Winkelbereich, in dem die magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz leicht variieren, und einen zweiten Winkelbereich, in dem die magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz stark variieren, auf. Es wird angenommen, dass das Vorhandensein dieses ersten und zweiten Winkelbereichs den Fehler AE des Drehwinkels θss verursacht, der auf Basis der Variationen der magnetischen Flussdichten Br und BΘ in Bezug auf den Drehwinkel θs berechnet wird.
Nichtsdestotrotz reduziert die Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß dieser Ausführungsform den Fehler AE, der durch die Sensoreinheit 3 verursacht wird, im Vergleich zu dem vergleichenden Beispiel 1, für das eine typische Art eines Magneten 102 (siehe 35) verwendet wird, erheblich, wie in 36A und 36B angezeigt. Ein möglicher Grund für dies ist wie folgend. Wie in 36A angezeigt, entstehen die Bereiche des Drehwinkels θs, in denen die magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz kaum variieren, wenn der Magnet 102 verwendet wird. Im Gegensatz dazu entstehen die Bereiche des Drehwinkels θs, in denen die magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz kaum variieren, weniger auffällig, wenn der Magnet 2 in dieser Ausführungsform verwendet wird, und dementsprechend variieren die magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz relativ stark mit dem Drehwinkel θs. 35 veranschaulicht ein Beispiel des Magneten 102, der nicht mit Ausdruck (1) übereinstimmt und in dem ein S-Pol-Gebiet 102S und ein N-Pol-Gebiet 102N so angeordnet sind, dass sich beide Grenzen 121 und 122 in der r-Richtung erstrecken; dieses Beispiel wird als „Winkel θ = 0” ausgedrückt. 36A ist ein charakteristischer Graph, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 102 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 36B ist ein charakteristischer Graph, der einen Fehler AE eines Drehwinkels θss, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu einem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 102 anzeigt.
[Effekt von Verschiebungsdetektionseinheit 11]
Bei der Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet der Magnet 2 den Übergangsabschnitt, in dem sowohl das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S als auch das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N in der r-Richtung schrittweise in der Θ-Richtung variieren. Dies ermöglicht, dass die Verschiebungsdetektionseinheit 11 eine Ausgabe von der Sensoreinheit 3 in Übereinstimmung mit einer Variation einer relativen Lage zwischen der Sensoreinheit 3 und dem Magneten 2 mit höherer Genauigkeit als eine Verschiebungsdetektionseinheit, die einen Magneten ohne den obigen Übergangsabschnitt aufweist, liefert. Folglich ist es möglich, eine Bewegung, eine Verschiebung oder einen Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 mit hoher Genauigkeit zu detektieren. Zudem berechnet die Verschiebungsdetektionseinheit 11 den Drehwinkel θs auf Basis von Variationen der magnetischen Flussdichten in einer Drehebene, oder der Θ-r-Ebene, des Magneten 2, die durch die Sensoreinheit 3 detektiert werden. Dies ist beim Verkleinern der Verschiebungsdetektionseinheit 11 als Ganzes vorteilhaft.
[Experimentelle Beispiele 1-2 bis 1-4]
Wie in 5 bis 7 und 8A bis 8C angezeigt, zeigen experimentelle Beispiele 1-2 bis 1-4, dass sich die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz mit dem Winkel θ ändern. Wie in 9A bis 9C angezeigt, ändert sich der Fehler AE des Weiteren mit dem Winkel θ. Insbesondere nimmt, wenn der Winkel θ in Ausdruck (1) zunimmt, der Fehler AE ab. Die Magneten 2 in 5 bis 7 weisen außer dem Winkel θ im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die in 1A bis 1C auf. Insbesondere wurde der Winkel θ von experimentellen Beispielen 1-2 in 5 auf 90° festgelegt; der Winkel θ von experimentellen Beispielen 1-3 in 6 wurde auf 45° festgelegt; und der Winkel θ von experimentellen Beispielen 1-3 in 7 wurde auf 25° festgelegt. 8A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 5 veranschaulichten Magneten 2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 8B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 6 veranschaulichten Magneten 2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 8C ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 7 veranschaulichten Magneten 2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 9A ist ein charakteristischer Graph, der den Fehler AE anzeigt, der in der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 5 veranschaulichten Magneten 2 verursacht wird. 9B ist ein charakteristischer Graph, der den Fehler AE anzeigt, der in der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 6 veranschaulichten Magneten 2 verursacht wird. 9C ist ein charakteristischer Graph, der den Fehler AE anzeigt, der in der Verschiebungsdetektionseinheit mit dem in 7 veranschaulichten Magneten 2 verursacht wird.
[Experimentelle Beispiele 2-1 bis 2-4]
10A veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2A gemäß experimentellem Beispiel 2-1; 10B veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2A gemäß experimentellem Beispiel 2-2; 10C veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2A gemäß experimentellem Beispiel 2-3; und 10D veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2A gemäß experimentellem Beispiel 2-4. Die Magneten 2A in 10A bis 10D wiesen im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der in 1B veranschaulichte Magnet 2 auf, außer dass ihr Innendurchmesser ϕi auf 60 mm festgelegt wurde und ihr Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Drehachse 1J auf 32 mm festgelegt wurde. Jedoch wurde der Winkel von experimentellem Beispiel 2-1 wie in 10A veranschaulicht auf 225° festgelegt; der Winkel θ von experimentellem Beispiel 2-2 wurde wie in 10B veranschaulicht auf 180° festgelegt; der Winkel θ von experimentellem Beispiel 2-3 wurde wie in 10C veranschaulicht auf 45° festgelegt; der Winkel θ von experimentellem Beispiel 2-4 wurde wie in 10D veranschaulicht auf 25° festgelegt. 37 veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 102A gemäß vergleichendem Beispiel 2. Der Magnet 102A wies im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der in 35 veranschaulichte Magnet 102 auf, außer dass sein Innendurchmesser ϕi auf 60 mm festgelegt wurde. 11A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2A relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 11B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2A relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 11C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2A relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 11D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2A relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 38A ist ein charakteristischer Graph von vergleichendem Beispiel 2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 102A relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 12A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2A anzeigt. 12B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-2, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2A anzeigt. 12C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-3, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2A anzeigt. 12D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 2-4, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2A anzeigt. 38B ist ein charakteristischer Graph von vergleichendem Beispiel 2, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 102A anzeigt.
13A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 2-1 bis 2-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt. 13B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 2-1 bis 2-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und einer Größe Babs einer magnetischen Flussdichte anzeigt. Es ist anzumerken, dass die Maxima AEmax der Fehler AE, die bei anderen Winkeln θ als 25°, 45°, 180° und 225° verursacht wurden, ebenfalls in den Graphen in 13A und 13B eingezeichnet sind. Die Größe Babs der magnetischen Flussdichte ist das Minimum von Werten, die aus dem Ausdruck (Br² + BΘ²)^0,5 berechnet werden, wobei Br die magnetische Flussdichte Br bezeichnet und BΘ die magnetische Flussdichte BΘ bezeichnet. Wie in 13A angezeigt, ist das Maximum AEmax des Fehlers AE über den Bereich, in dem der Winkel θ von 90° bis 315° variiert, auf einen relativ kleinen Wert reduziert.
[Experimentelle Beispiele 3-1 bis 3-4]
14A veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2B gemäß experimentellem Beispiel 3-1; 14B veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2B gemäß experimentellem Beispiel 3-2; 14C veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2B gemäß experimentellem Beispiel 3-3; 14D veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 2B gemäß experimentellem Beispiel 3-4. Die in 14A bis 14D veranschaulichten Magneten 2B wiesen im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der in 1B veranschaulichte Magnet 2 auf, außer dass ihr Innendurchmesser ϕi auf 80 mm festgelegt wurde und ihr Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Drehachse 1J auf 41 mm festgelegt wurde. Jedoch wurde der Winkel θ von experimentellem Beispiel 3-1 wie in 14A veranschaulicht auf 180° festgelegt; der Winkel θ von experimentellem Beispiel 3-2 wurde wie in 14B veranschaulicht auf 90° festgelegt; der Winkel θ von experimentellem Beispiel 3-3 wurde wie in 14C veranschaulicht auf 45° festgelegt; und der Winkel θ von experimentellem Beispiel 3-4 wurde wie in 14D veranschaulicht auf 25° festgelegt. 39 veranschaulicht eine Konfiguration eines Magneten 102B gemäß vergleichendem Beispiel 3. Der Magnet 102B wies im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der in 35 veranschaulichte Magnet 102 auf, außer dass der Innendurchmesser ϕi auf 80 mm festgelegt wurde. 15A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2B relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 15B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2B relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 15C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2B relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 15D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2B relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 40A ist ein charakteristischer Graph von vergleichendem Beispiel 3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 102B relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 16A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2B anzeigt. 16B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-2, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2B anzeigt. 16C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-3, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2B anzeigt. 16D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 3-4, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2B anzeigt. 40B ist ein charakteristischer Graph von vergleichendem Beispiel 3, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 102B anzeigt.
17A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 3-1 bis 3-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt. 17B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 3-1 bis 3-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und der Größe Babs der magnetischen Flussdichte anzeigt. Es ist anzumerken, dass die Maxima AEmax der Fehler AE, die bei anderen Winkeln θ als 25°, 45°, 90° und 180° verursacht wurden, ebenfalls in den Graphen in 17A und 17B eingezeichnet sind. Wie in 17A angezeigt, ist das Maximum AEmax der Fehler AE über den Bereich, in dem der Winkel θ von 90° bis 315° variiert, auf einen relativ kleinen Wert reduziert.
In Anbetracht des Ergebnisses des Vergleichs zwischen experimentellen Beispielen 1-1 bis 1-4, 2-1 bis 2-4 und 3-1 bis 3-4 wird angenommen, dass der Fehler AE gegenüber dem Drehwinkel θs empfindlicher wird, wenn die Differenz zwischen dem Außendurchmesser ϕ0 und dem Innendurchmesser ϕi kleiner wird.
[1-2] Beispiel für nichtlineare Grenzen
[Konfiguration eines Magneten gemäß einer Ersten Modifikation]
Bei der vorausgehenden ersten Ausführungsform können die Grenzen 21 und 22 des Magneten 2 den Ausdruck (1) erfüllen. Insbesondere kann der Abstand R(θ) zwischen der Drehachse 1J und einem beliebigen gegebenen Punkt auf jeder der Grenzen 21 und 22 linear mit dem Winkel θ variieren. Jedoch ist die Technologie auf diese Konfiguration beschränkt. Bei dieser Modifikation können die Grenzen 21 und 22 zum Beispiel einen unten beschriebenen Ausdruck (2) erfüllen, wie in 18 veranschaulicht. Insbesondere kann bei dieser Modifikation der Abstand R(θ) zwischen der Drehachse 1J und einem beliebigen gegebenen Punkt auf jeder der Grenzen 21 und 22 nichtlinear mit dem Winkel θ variieren. Andere Konfigurationen bei dieser Modifikation können im Wesentlichen die gleichen wie in der vorausgehenden ersten Ausführungsform sein. R(θ) = –α·cos(2θ) – (θ/180) × (Φ0 – Φi)/2 + (Φ0/2) (2)
In Ausdruck (2) bezeichnet α eine Konstante.
Bei dieser Modifikation erfüllen die Grenzen 21 und 22 Ausdruck (2), was möglicherweise zu einem Abnehmen des Fehlers AE führen kann.
19A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 4-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt, wenn die Grenzen 21 und 22 in dem Magneten 2 Ausdruck (1) erfüllen, wie in 2B veranschaulicht. Speziell veranschaulicht 19A Simulationsdaten, die unter den unten beschriebenen Bedingungen erhalten wurden. Eine Dicke des Magneten 2, oder eine Abmessung des Magneten 2 in der z-Richtung wurde auf 10 mm festgelegt. Der Außendurchmesser ϕ0 des Magneten 2 wurde auf 100 mm festgelegt. Der Innendurchmesser ϕi des Magneten 2 wurde auf 60 mm festgelegt. Der Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Drehachse 1J wurde auf 32 mm festgelegt. Der Abstand Zs zwischen der Oberfläche des Magneten 2 in der z-Richtung und der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 wurde auf 10 mm festgelegt. Der Winkel θ wurde auf 180° festgelegt. 19B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 4-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θss in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt; der Drehwinkel θss wird aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Br und BΘ bestimmt.
20A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 4-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt, wenn der Magnet 2 Ausdruck (2) erfüllt, wie in 18 veranschaulicht. 20B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 4-2, der den Fehler AE anzeigt. Experimentelles Beispiel 4-2 wies außer der Form der Grenzen 21 und 22 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie experimentelles Beispiel 4-1 auf.
In Anbetracht des Ergebnisses des Vergleichs zwischen den charakteristischen Graphen aus 19B und 20B, wird der Fehler AE als Ganzes, der in der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2 verursacht wird, stärker reduziert als der gemäß dem experimentellen Beispiel 4-1. Mit anderen Worten ist der Fehler AE, der in der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2 verursacht wird, näher an null als der in experimentellem Beispiel 4-1. Insbesondere nimmt der Fehler AE in der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-1 zu der positiven Seite zu, wenn der Drehwinkel θs beinahe 0° und beinahe 180° wird. Wenn der Drehwinkel θs beinahe 90° und beinahe 270° wird, nimmt der Fehler AE zu der negativen Seite zu. Daher werden die Formen der Grenzen 21 und 22 in der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2 so modifiziert, dass sich eine Änderung des Verhältnisses der magnetischen Volumina Vs und Vn im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 verzögert, wenn der Drehwinkel θs beinahe 0° und beinahe 180° wird, und dass sich die Änderung des Verhältnisses der magnetischen Volumina Vs und Vn im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 beschleunigt, wenn der Drehwinkel θs beinahe 90° und beinahe 270° wird. Mit anderen Worten werden die Formen der Grenzen 21 und 22 in der Verschiebungsdetektionseinheit gemäß experimentellem Beispiel 4-2 so modifiziert, dass sich der Übergang von dem S-Pol-Gebiet 2S zu dem N-Pol-Gebiet 2N oder von dem N-Pol-Gebiet 2N zu dem S-Pol-Gebiet 2S im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 verzögert, wenn der Drehwinkel θs beinahe 0° und beinahe 180° wird, und dass sich der Übergang von dem S-Pol-Gebiet 2S zu dem N-Pol-Gebiet 2N oder von dem N-Pol-Gebiet 2N zu dem S-Pol-Gebiet 2S im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 beschleunigt, wenn der Drehwinkel θs beinahe 90° und beinahe 270° wird. Zum Beispiel werden die Formen der Grenzen 21 und 22 so modifiziert, dass sich der Übergang von einem Zustand, in dem das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S größer als das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N ist, zu einem Zustand, in dem das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N größer als das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S ist, im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 verzögert, wenn der Drehwinkel θs beinahe 0° und beinahe 180° wird, und dass sich der Übergang von dem Zustand, in dem das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S größer als das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N ist, zu dem Zustand, in dem das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N größer als das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S ist, im Vergleich zu dem experimentellen Beispiel 4-1 beschleunigt, wenn der Drehwinkel θs beinahe 90° und beinahe 270° wird. Modifizieren der Form der Grenzen 21 und 22 auf diese Weise ermöglicht es, eine Zunahme des Fehlers AE zu der positiven Seite, wenn der Drehwinkel θs beinahe 0° und beinahe 180° wird, und eine Zunahme des Fehlers AE zu der negativen Seite, wenn der Drehwinkel θs beinahe 90° und beinahe 270° wird, zu steuern.
[2. Ausführungsform]
[Konfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit 12]
Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Konfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Technologie gegeben. Die vorausgehende Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß der ersten Ausführungsform kann bewirken, dass die Sensoreinheit 3 eine Variation einer magnetischen Flussdichte innerhalb der Drehebene, oder der Θ-r-Ebene, des Magneten 2, die orthogonal zu der Drehachse 1J ist, detektiert. Jedoch kann die Verschiebungsdetektionseinheit 12 gemäß dieser Ausführungsform bewirken, dass die Sensoreinheit 3 eine Variation einer magnetischen Flussdichte Bip in einer beliebigen vorbestimmten Richtung innerhalb der Θ-r-Ebene und eine Variation einer magnetischen Flussdichte Bz in der z-Richtung detektiert. Dann kann die Verschiebungsdetektionseinheit 12 bewirken, dass der Arithmetikschaltkreis 6 den Drehwinkel θs des Magneten 2 bestimmt.
Als eine spezielle Konfiguration kann die Verschiebungsdetektionseinheit 12 so angeordnet sein, dass das Substrat 30 in der Sensoreinheit 3 orthogonal zu der Drehebene, oder der Θ-r-Ebene, des Magneten 2 ist, wie in 21A und 21B veranschaulicht. Dementsprechend können die Schicht 31 mit fester Magnetisierung, die Zwischenschicht 32 und die Schicht 33 mit freier Magnetisierung, die Bestandselemente jeder MR-Vorrichtung 41 in der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 sind, in der Ebene orthogonal zu der Θ-r-Ebene ausgelegt sein. Infolgedessen kann die Orientierung der Magnetisierung J33 der Schicht 33 mit freier Magnetisierung in der Ebene orthogonal zu der Θ-r-Ebene, nämlich in der Ebene parallel zu der z-Richtung, drehbar sein.
[Betrieb und Funktionsweise von Verschiebungsdetektionseinheit 12]
[Experimentelle Beispiele 5-1 bis 5-3]
Wie mit der vorausgehenden Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß der ersten Ausführungsform kann die Verschiebungsdetektionseinheit 12 gemäß dieser Ausführungsform dazu in der Lage sein, zu bewirken, dass die Sensoreinheit 3 eine Größe des Drehwinkels θs des Magneten 2 in der Θ-Richtung detektiert. Wenn sich der Magnet 2 in der Verschiebungsdetektionseinheit 12 um eine Umdrehung dreht, erreicht ein Magnetfeld die Sensoreinheit 3 und kann jede MR-Vorrichtung 41 Variationen von r-Richtungs- und Θ-Richtungskomponenten in dem Magnetfeld genauso wie eine Variation einer z-Richtungskomponente detektieren. Anschließend kann der Brückenschaltkreis 40 die Signale e1 und e2 ausgeben, die dann dem Arithmetikschaltkreis 6 zugeführt werden können. Insbesondere können die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 jeweils Variationen der Dichten Br, BΘ und Bz des von dem Magneten 2 produzierten magnetischen Flusses detektieren; zum Beispiel wird in 22 die magnetische Flussdichte Br durch die Kurve C2r repräsentiert, wird die magnetische Flussdichte BΘ durch die Kurve C2Θ repräsentiert und wird die magnetische Flussdichte Bz durch eine Kurve C2z repräsentiert. Dann kann der Brückenschaltkreis 40 Signale e1 bis e4 ausgeben, die dann dem Arithmetikschaltkreis 6 zugeführt werden können, wie in 3C veranschaulicht. Danach kann der Arithmetikschaltkreis 6 den Drehwinkel θs des Magneten 2 bestimmen. 22 ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit 12, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. Speziell veranschaulicht 22 Simulationsdaten von experimentellem Beispiel 5, die unter den unten beschriebenen Bedingungen erhalten wurden. Eine Dicke des Magneten 2, oder eine Abmessung des Magneten 2 in der z-Richtung, wurde auf 10 mm festgelegt. Der Außendurchmesser ϕ0 des Magneten 2 wurde auf 100 mm festgelegt. Der Innendurchmesser ϕi des Magneten 2 wurde auf 60 mm festgelegt. Der Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Drehachse 1J und der Abstand Rs zwischen der magnetischen Detektionsvorrichtung 5 und der Drehachse 1J wurden jeweils auf 40 mm festgelegt. Der Abstand Zs zwischen der Oberfläche des Magneten 2 in der z-Richtung und der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 und der Abstand Zs zwischen der Oberfläche des Magneten 2 in der z-Richtung und der magnetischen Detektionsvorrichtung 5 wurden jeweils auf 10 mm festgelegt. Der Winkel θ wurde auf 180° festgelegt. Die Grenzen 21 und 22 entsprachen Ausdruck (1), der die Konfiguration aus 2B definiert.
23A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 5-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θss, der aus einer oder mehreren der durch die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 23B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 5-2, der den Fehler AE des Drehwinkels θss, der aus einer oder mehreren der durch die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 23C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 5-3, der den Fehler AE des Drehwinkels θss, der aus einer oder mehreren der durch die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. Insbesondere zeigt 23A den in experimentellem Beispiel 5-1 verursachten Fehler AE an, der unter Verwendung von Werten der magnetischen Flussdichten BΘ und Br berechnet ist. 23B zeigt den in experimentellem Beispiel 5-2 verursachten Fehler AE an, der unter Verwendung von Werten der magnetischen Flussdichten Bz und Br berechnet ist. 23C zeigt den in experimentellem Beispiel 5-3 verursachten Fehler AE an, der unter Verwendung von Werten der magnetischen Flussdichten Bz und BΘ berechnet ist. In allen der 23A bis 23C variiert, d. h. nimmt zu oder nimmt ab, der Fehler AE periodisch mit dem tatsächlichen Drehwinkel θs. Nichtsdestotrotz sind die absoluten Werte der Fehler AE der Drehwinkel θs für experimentelle Beispiele 5-2 und 5-3, die unter Verwendung der magnetischen Flussdichte Bz berechnet wurden, kleiner als jene für experimentelles Beispiel 5-1, die ohne Verwendung der magnetischen Flussdichte Bz berechnet wurden.
In dem obigen Fall kann die Drehebene der Magnetisierung J33 in einer Position, die mit den Grenzen 21 und 22 in der z-Richtung überlappt, vorzugsweise in einer Richtung orthogonal zu den Grenzen 21 und 22 orientiert sein. Diese Drehebene kann im Wesentlichen gleichbedeutend mit der Membranoberfläche der Schicht 33 mit freier Magnetisierung sein und wird auch als eine magnetempfindliche Oberfläche bezeichnet. Wie in 24 angezeigt, nimmt der Fehler AE zum Beispiel ab, wenn die Drehebene, oder die magnetempfindliche Oberfläche, der Magnetisierung J33 genauer in einer Richtung orthogonal zu den Grenzen 21 und 22 positioniert wird. Speziell nimmt der Fehler AE, wie in 24 veranschaulicht, ausreichend ab, wenn ein Winkel, den die Drehebene, oder die magnetempfindliche Oberfläche, der Magnetisierung J33 mit den Grenzen 21 und 22 bildet, in den Bereich von 90° ± 60°, nämlich in den Bereich von 30° bis 150°, fällt. Wenn der Winkel in den Bereich von 90° ± 30°, nämlich in den Bereich von 60° bis 120°, fällt, nimmt der Fehler AE weiter ab.
[Experimentelles Beispiel 6]
Die Formen der Grenzen 21 und 22 können zum Beispiel auf Basis des Ergebnisses in 24 verändert werden, so dass sich die Dichten Br, BΘ und Bz des durch den Magneten 2 produzierten und durch die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 detektierten magnetischen Flusses geeignet ändern. Speziell können zum Beispiel, wenn die Formen der Grenzen 21 und 22 so verändert werden, dass die Wellenform des resultierenden Fehlers AE mit der aus 24 übereinstimmt, die Wellenformen der magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz jeweils mit den Kurven C2r, C2Θ und der Kurve C2z aus 25A übereinstimmen. In diesem Fall kann der Fehler AE wie in 25B angezeigt auf ein Minimum reduziert werden. Eine Verschiebungsdetektionseinheit 12 mit den oben konfigurierten Grenzen 21 und 22 wird als experimentelles Beispiel 6 bezeichnet.
[Experimentelle Beispiele 7-1 bis 7-4]
Verschiebungsdetektionseinheiten 12 gemäß experimentellen Beispielen 7-1 bis 7-4 wurden unter Verwendung einer Simulation ausgewertet. Jede Verschiebungsdetektionseinheit 12 wies im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die gemäß experimentellem Beispiel 5 auf, außer dass der Abstand Rs auf 32 mm festgelegt wurde und der Abstand Zs auf 1 mm festgelegt wurde. 26A bis 28B zeigen jeweils das Auswertungsergebnis an. Speziell wurde der Winkel θ in experimentellem Beispiel 7-1 aus 26A und 27A auf 30° festgelegt. In experimentellem Beispiel 7-2 aus 26B und 27B wurde der Winkel θ auf 90° festgelegt. In experimentellem Beispiel 7-3 aus 26C und 27C wurde der Winkel θ auf 180° festgelegt. In experimentellem Beispiel 7-4 aus 26D und 27D wurde der Winkel θ auf 315° festgelegt. 26A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 26B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 26C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 26D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 27A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 27B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-2, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 27C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-3, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 27D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 7-4, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 28A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 7-1 bis 7-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt. 28B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 7-1 bis 7-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und der Größe Babs der magnetischen Flussdichte anzeigt. Wie in 28A angezeigt, nimmt in diesen experimentellen Beispielen der Fehler AE ab, wenn der Winkel θ zunimmt. In Bezug auf eine tatsächliche Produktionskapazität kann der Winkel θ bevorzugt auf 360° oder weniger festgelegt werden. Wie in 28B angezeigt, ermöglicht des Weiteren das Festlegen des Winkels θ auf 30° oder mehr es, die Größe Babs der magnetischen Flussdichte ausreichend zu erhöhen. Es ist in diesem experimentellen Beispiel auch bestätigt, dass der Fehler AE wie in experimentellem Beispiel 5 ausreichend abnimmt, wenn ein Winkel, den die Drehebene, oder die magnetempfindliche Oberfläche, der Magnetisierung J33 mit den Grenzen 21 und 22 bildet, in den Bereich von 90° ± 60°, nämlich in den Bereich von 30° bis 150°, fällt. Wenn der Winkel in den Bereich von 90° ± 30°, nämlich in den Bereich von 60° bis 120°, fällt, nimmt der Fehler AE weiter ab.
[Experimentelle Beispiele 8-1 bis 8-4]
Verschiebungsdetektionseinheiten 12 gemäß experimentellen Beispielen 8-1 bis 8-4 wurden unter Verwendung einer Simulation ausgewertet. Jede Verschiebungsdetektionseinheit 12 wies im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die gemäß experimentellem Beispiel 5 auf, außer dass der Innendurchmesser ϕi des Magneten 2 auf 80 mm festgelegt wurde, der Abstand Rs auf 32 mm festgelegt wurde und der Abstand Zs auf 1 mm festgelegt wurde. 29A bis 31B zeigen jeweils das Auswertungsergebnis an. Speziell wurde in experimentellem Beispiel 8-1 aus 29A und 30A der Winkel θ auf 30° festgelegt. In experimentellem Beispiel 8-2 aus 29B und 30B wurde der Winkel θ auf 90° festgelegt. In experimentellem Beispiel 8-3 aus 29C und 30C wurde der Winkel θ auf 180° festgelegt. In experimentellem Beispiel 8-4 aus 29D und 30D wurde der Winkel θ auf 315° festgelegt. 29A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-1, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 29B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-2, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 29C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-3, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 29D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-4, der die Beziehungen zwischen dem Drehwinkel θs des Magneten 2 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen durch die Sensoreinheit 3 detektierten magnetischen Flussdichten Br, BΘ und Bz anzeigt. 30A ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-1, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 30B ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-2, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 30C ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-3, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 30D ist ein charakteristischer Graph von experimentellem Beispiel 8-4, der den Fehler AE des Drehwinkels θs, der aus den magnetischen Flussdichten Br und Bz bestimmt wird, in Bezug zu dem tatsächlichen Drehwinkel θs des Magneten 2 anzeigt. 31A ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 8-1 bis 8-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und dem Maximum der Fehler AE anzeigt. 31B ist ein charakteristischer Graph von experimentellen Beispielen 8-1 bis 8-4, der die Beziehung zwischen dem Winkel θ und der Größe Babs der magnetischen Flussdichte anzeigt. Wie in 31A angezeigt, nimmt der Fehler AE in diesen experimentellen Beispielen auch ab, wenn der Winkel θ zunimmt. Ferner nimmt der Fehler AE ausreichend ab, insbesondere wenn der Winkel θ auf 180° oder mehr festgelegt wird. In Bezug auf eine tatsächliche Produktionskapazität kann der Winkel θ jedoch bevorzugt auf 360° oder weniger festgelegt werden. Wie in 31B angezeigt, ermöglicht des Weiteren das Festlegen des Winkels θ auf 30° oder mehr es, die Größe Babs der magnetischen Flussdichte ausreichend zu erhöhen. Es ist in diesem experimentellen Beispiel auch bestätigt, dass der Fehler AE wie in experimentellem Beispiel 5 ausreichend abnimmt, wenn ein Winkel, den die Drehebene, oder die magnetempfindliche Oberfläche, der Magnetisierung J33 mit den Grenzen 21 und 22 bildet, in den Bereich von 90° ± 60°, nämlich in den Bereich von 30° bis 150°, fällt. Wenn der Winkel in den Bereich von 90° ± 30°, nämlich in den Bereich von 60° bis 120°, fällt, nimmt der Fehler AE weiter ab.
[Effekt von Verschiebungsdetektionseinheit 12]
Bei der Verschiebungsdetektionseinheit 12 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet der Magnet 2 den Übergangsabschnitt, in dem sowohl das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 2S als auch das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 2N in der r-Richtung schrittweise in der Θ-Richtung variieren. Dies ermöglicht, dass die Verschiebungsdetektionseinheit 12 eine Ausgabe von der Sensoreinheit 3 in Übereinstimmung mit einer Variation einer relativen Lage zwischen der Sensoreinheit 3 und dem Magneten 2 mit höherer Genauigkeit als eine Verschiebungsdetektionseinheit, die einen Magneten ohne den obigen Übergangsabschnitt aufweist, liefert. Zudem berechnet die Verschiebungsdetektionseinheit 12 den Drehwinkel θs auf Basis der magnetischen Flussdichten Bz in der z-Richtung, die durch die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4 und 5 detektiert wird, wodurch eine genauere Detektion erreicht wird.
[3. Dritte Ausführungsform]
[Konfiguration von Verschiebungsdetektionseinheit 13]
Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Konfiguration einer Verschiebungsdetektionseinheit 13 gemäß einer dritten Ausführungsform der Technologie unter Bezugnahme auf 32A und 32B gegeben. 32A ist eine Vorderansicht einer beispielhaften Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit 13; 32B ist eine obere Draufsicht der Gesamtkonfiguration der Verschiebungsdetektionseinheit 13.
Wie oben beschrieben, beinhalten sowohl die Verschiebungsdetektionseinheit 11 gemäß der ersten Ausführungsform als auch die Verschiebungsdetektionseinheit 12 gemäß der zweiten Ausführungsform den Magneten 2, der um die Drehachse 1J herum drehbar ist. Jedoch beinhaltet die Verschiebungsdetektionseinheit 13 gemäß dieser Ausführungsform einen Magneten 7, der eine stabförmige Form aufweist und sich in einer Längsrichtung erstreckt; die Längsrichtung kann eine y-Richtung sein und die stabförmige Form kann zum Beispiel eine rechtwinklige Parallelepipedform sein. Weiterhin kann die Verschiebungsdetektionseinheit 13 eine Verschiebung des Magneten 7 relativ zu der Sensoreinheit 3 in der y-Richtung berechnen. Die Verschiebungsdetektionseinheit 13 kann im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie jene von Verschiebungsdetektionseinheiten 11 und 12 aufweisen, außer dass der Magnet 7 anstelle des Magneten 2 bereitgestellt ist. Andere Bestandselemente in der Verschiebungsdetektionseinheit 13 werden dementsprechend nicht beschrieben. Der Magnet 7 kann einem „Magneten” in einer speziellen, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Technologie entsprechen.
Der Magnet 7 beinhaltet S-Pol-Gebiete 7S und N-Pol-Gebiete 7N; jedes S-Pol-Gebiet 7S ist in den S-Pol polarisiert und jedes N-Pol-Gebiet 7N ist in den N-Pol polarisiert. Die S-Pol-Gebiete 7S und die N-Pol-Gebiete 7N sind durch die Grenzen 71 und 72 voneinander getrennt und können in der y-Richtung abwechselnd angeordnet sein. Ein durch ein Symbol Y7S bezeichneter Pfeil innerhalb jedes S-Pol-Gebiets 7S und ein durch ein Symbol Y7N bezeichneter Pfeil innerhalb jedes N-Pol-Gebiets 7N zeigen die Orientierungen von magnetischen Hauptflüssen des Magneten 7 an. Der Magnet 7 beinhaltet einen Übergangsabschnitt, in dem die S-Pol-Gebiete 7S und die N-Pol-Gebiete 7N in einer Breitenrichtung orthogonal zu der y- oder Längsrichtung zusammen vorhanden sind; die Breitenrichtung wird unten als eine x-Richtung bezeichnet. In dem Übergangsabschnitt variieren das magnetische Volumen Vs jedes S-Pol-Gebiets 7S und das magnetische Volumen Vn jedes N-Pol-Gebiets 7N in der x-Richtung schrittweise in der y-Richtung. In dem Übergangsabschnitt sind die Grenzen 71 und 72 dementsprechend sowohl in der y- als auch der x-Richtung gewinkelt.
Bei der Verschiebungsdetektionseinheit 13 kann das Substrat 30 in der Sensoreinheit 3 so angeordnet sein, dass es orthogonal zu der x-y-Ebene ist. Mit anderen Worten können die Schicht 31 mit fester Magnetisierung, die Zwischenschicht 32 und die Schicht 33 mit freier Magnetisierung, die Bestandselemente jeder MR-Vorrichtung 41 in der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 sind, in der Ebene orthogonal zu der x-y-Ebene ausgelegt sein. Dementsprechend kann die Orientierung der Magnetisierung J33 der Schicht 33 mit freier Magnetisierung in der Ebene orthogonal zu der x-y-Ebene oder parallel zu der z-Richtung drehbar sein. Es ist anzumerken, dass die Magnetisierung J33 der Schicht 33 mit freier Magnetisierung auch auf eine Variation eines Magnetfeldes in der x-y-Ebene reagieren kann.
[Betrieb und Funktionsweise von Verschiebungsdetektionseinheit 13]
Die Verschiebungsdetektionseinheit 13 kann dazu in der Lage sein, zu bewirken, dass die Sensoreinheit 3 eine Variation der magnetischen Flussdichte Bip in einer vorbestimmten Richtung innerhalb der x-y-Ebene und eine Variation der magnetischen Flussdichte Bz in der z-Richtung detektiert, und zu bewirken, dass der Arithmetikschaltkreis 6 eine Verschiebung des Magneten 7 bestimmt. Wenn sich der Magnet 7 zum Beispiel in der +y-Richtung bewegt, erreicht ein Magnetfeld die Sensoreinheit 3 in der Verschiebungsdetektionseinheit 13 und können die MR-Vorrichtungen 41 in der Sensoreinheit 3 Variationen von x-Richtungs- und z-Richtungskomponenten in dem Magnetfeld detektieren. Anschließend kann der Brückenschaltkreis 40 die Signale e1 und e2 ausgeben, die dann dem Arithmetikschaltkreis 6 zugeführt werden können. Insbesondere kann die Bewegung des Magneten 7 Variationen der Dichten Bx, By und Bz des von dem Magneten 7 produzierten magnetischen Flusses, die zum Beispiel in 33 jeweils durch Kurven C7x, C7y und C7z repräsentiert werden, bewirken. Als Reaktion kann die magnetische Detektionsvorrichtung 4 die Variationen der magnetischen Flussdichten Bx und Bz detektieren und die Signale e1 und e2 ausgeben, die dann dem Arithmetikschaltkreis 6 zugeführt werden, wie in 3B veranschaulicht. Danach bestimmt der Arithmetikschaltkreis 6 eine Verschiebung des Magneten 7. 33 ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit 13, der die Beziehungen zwischen einer Verschiebung Ty des Magneten 7 relativ zu der Sensoreinheit 3 und den einzelnen magnetischen Flussdichten Bx, By und Bz anzeigt. Speziell veranschaulicht 33 Simulationsdaten, die unter den unten beschriebenen Bedingungen erhalten wurden. Eine Dicke des Magneten 7, oder eine Abmessung des Magneten 7 in der z-Richtung, wurde auf 2 mm festgelegt. Eine Breite des Magneten 7, oder eine Abmessung des Magneten 7 in der x-Richtung, wurde auf 10 mm festgelegt. Eine Länge des Magneten 7 wurde auf einen Wert festgelegt, der ausreichend größer als die Dicke und Breite des Magneten 7 ist und einen Betrieb der Sensoreinheit 3 nicht beeinflusst. Speziell wurde eine Länge des Magneten 7 zum Beispiel auf 100 mm oder mehr festgelegt. Der Abstand Zs zwischen der Oberfläche des Magneten 7 in der z-Richtung und der magnetischen Detektionsvorrichtung 4 wurde auf 0,2 mm festgelegt. Ein Winkel, unter dem jede der Grenzen 71 und 72 in der y-Richtung gewinkelt war, wurde auf 30° festgelegt.
34A ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit 13 gemäß experimentellem Beispiel 9-1, der einen Fehler E [mm] der Verschiebung Ty [mm], die aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Bx, By und Bz bestimmt wird, in Bezug zu der tatsächlichen Verschiebung Ty [mm] des Magneten 7 anzeigt. 34B ist ein charakteristischer Graph der Verschiebungsdetektionseinheit 13 gemäß experimentellem Beispiel 9-2, der den Fehler E [mm] der Verschiebung Ty [mm], die aus den durch die magnetische Detektionsvorrichtung 4 detektierten magnetischen Flussdichten Bx, By und Bz bestimmt wird, in Bezug zu der tatsächlichen Verschiebung Ty [mm] des Magneten 7 anzeigt. Insbesondere ist der Fehler E [mm], der in experimentellem Beispiel 9-1 verursacht wird, in 34A unter Verwendung der magnetischen Flussdichten Bz und Bx berechnet. In 34B ist der Fehler E [mm], der in experimentellem Beispiel 9-2 verursacht wird, unter Verwendung der magnetischen Flussdichten Bz und By berechnet. Wie in sowohl 34A als auch 34B angezeigt, variiert, d. h. nimmt zu oder nimmt ab, der Fehler E periodisch mit der tatsächlichen Verschiebung Ty. Eine ähnliche Tendenz war auch auffällig, als der Fehler E unter Verwendung magnetischer Flussdichten By und Bx berechnet wurde. Jedoch neigt der Fehler E, der in experimentellen Beispielen 9-1 und 9-2 unter Verwendung der magnetischen Flussdichte Bz berechnet wurde, dazu, auf einen kleineren Wert reduziert zu werden.
Bei der Verschiebungsdetektionseinheit 13 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet der Magnet 7 den Übergangsabschnitt, in dem sowohl das magnetische Volumen Vs des S-Pol-Gebiets 7S als auch das magnetische Volumen Vn des N-Pol-Gebiets 7N in der Breite oder x-Richtung schrittweise in der y-Richtung variieren. Dies ermöglicht es, dass die Verschiebungsdetektionseinheit 13 eine Ausgabe von der Sensoreinheit 3 in Übereinstimmung mit einer Variation einer relativen Lage zwischen der Sensoreinheit 3 und dem Magneten 7 mit höherer Genauigkeit als eine Verschiebungsdetektionseinheit, die einen Magneten ohne den obigen Übergangsabschnitt aufweist, liefert. Folglich ist es möglich, eine Verschiebung des Magneten 7 relativ zu der Sensoreinheit 3 in der y-Richtung mit hoher Genauigkeit zu detektieren. Der Magnet 7 kann nichtlineare Grenzen 71 und 72 aufweisen, die ähnlich zu jenen des Magneten 2 sind. Wie in 34A angezeigt, nimmt zum Beispiel in experimentellem Beispiel 9-1 der Fehler E innerhalb der Bereiche, in denen die Verschiebung Ty von etwa –9 mm bis –8 mm und von etwa +1 mm bis +2 mm variiert, erheblich zu der positiven Seite zu. Weiterhin nimmt der Fehler E innerhalb der Bereiche, in denen die Verschiebung Ty von etwa –2 mm bis –1 mm und von etwa +7 mm bis +9 mm variiert, erheblich zu der negativen Seite zu. Daher können die Formen der Grenzen 71 und 72 so verändert werden, dass sich eine Änderung des Magnetfeldes, oder eine Änderung von dem S-Pol zu dem N-Pol oder von dem N-Pol zu dem S-Pol, innerhalb der Bereiche, in denen die Verschiebung Ty von etwa –9 mm bis –8 mm und von etwa +1 mm bis +2 mm variiert, verzögert und dass sich eine Änderung des Magnetfeldes, oder eine Änderung von dem S-Pol zu dem N-Pol oder von dem N-Pol zu dem S-Pol, innerhalb der Bereiche, in denen die Verschiebung Ty von etwa –2 mm bis –1 mm und von etwa +7 mm bis +9 mm variiert, beschleunigt. Verändern der Formen der Grenzen 71 und 72 auf diese Weise kann dazu in der Lage sein, den Fehler E weiter zu reduzieren.
[4. Andere Modifikationen]
Die Technologie wurde unter Verwendung einiger Ausführungsformen und Modifikationen beschrieben; jedoch ist die Technologie nicht auf diese Ausführungsformen und Modifikationen beschränkt und andere Modifikationen können möglich sein. Als ein Beispiel ist eine Form eines Magneten gemäß der Technologie nicht auf eine kreisförmige oder stabförmige Form wie in den vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt. Alternativ kann eine Form des Magneten eine scheibenförmige oder eine andere Form sein. Des Weiteren kann der Magnet mit einem nichtmagnetisierten Teil bereitgestellt sein und kann als Ganzes eine beliebige andere Form als kreisförmige, scheibenförmige oder stabförmige Formen aufweisen.
Bei der vorausgehenden dritten Ausführungsform und ihrer Modifikation sind die S-Pol-Gebiete und die N-Pol-Gebiete in einer ersten Richtung, die die Längsrichtung des Magneten ist, abwechselnd ohne Lücken dazwischen angeordnet; jedoch ist die Technologie nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Als ein alternatives Beispiel kann ein Magnet gemäß einer Ausführungsform der Technologie einen nichtpolarisierten oder nichtmagnetischen Abschnitt zwischen dem S-Pol- und dem N-Pol-Gebiet beinhalten. Als ein anderes alternatives Beispiel können das S-Pol-Gebiet und das N-Pol-Gebiet in einer dritten Richtung, die die Dickenrichtung des Magneten ist, in der Nähe ihrer Grenzen zusammen vorhanden sein. Als noch ein anderes alternatives Beispiel können ein Teil des S-Pol-Gebiets, in dem die Intensität seiner Magnetisierung schrittweise variiert (zunimmt oder abnimmt), und ein Teil des N-Pol-Gebiets, in dem die Intensität seiner Magnetisierung schrittweise variiert (zunimmt oder abnimmt), in der Nähe ihrer Grenzen kontinuierlich angeordnet sein.
Bei den vorausgehenden Ausführungsformen und Modifikationen ist ein einziger magnetischer Detektor bereitgestellt, der als die Sensoreinheit 3 dienen kann; jedoch kann eine beliebige Anzahl an magnetischen Detektoren, einschließlich zwei oder mehr magnetischen Detektoren, als eine Ausführungsform der Technologie bereitgestellt werden. Wie in 41 veranschaulicht, kann eine Verschiebungsdetektionseinheit 14 als ein alternatives Beispiel eine magnetische Detektionsvorrichtung 4A und eine magnetische Detektionsvorrichtung 5A beinhalten, die in unterschiedlichen Positionen in einer Drehrichtung des Magneten 2, oder in der Θ-Richtung, angeordnet sind. In diesem Fall können die magnetischen Detektionsvorrichtungen 4A und 5A um einen elektrischen Winkel von 90° voneinander entfernt positioniert sein. Jedoch ist der elektrische Winkel zwischen den magnetischen Detektionsvorrichtungen 4A und 5A nicht auf 90° beschränkt und kann auf einen anderen Wert festgelegt werden. Zudem kann in der Verschiebungsdetektionseinheit 14 zum Beispiel die magnetische Detektionsvorrichtung 4A eine Änderung einer Magnetfeldkomponente in einer beliebigen vorbestimmten Richtung innerhalb der Θ-r-Ebene detektieren und kann dann die detektierte Änderung der Eine-Richtung-Komponente als ein erstes Signal ausgeben. Gleichermaßen kann die magnetische Detektionsvorrichtung 5B eine Änderung der Magnetfeldkomponente in einer anderen vorbestimmten Richtung detektieren und kann dann die detektierte Änderung der Eine-Richtung-Komponente als ein zweites Signal ausgeben. Da die magnetischen Detektionsvorrichtungen 5A und 5B in unterschiedlichen Positionen angeordnet sein können, können sich in diesem Fall das erste und zweite Signal in der Phase unterschieden. Dann kann der (in 41 nicht veranschaulichte) Arithmetikschaltkreis 6 eine Verschiebung des Magneten 2 in der Θ-Richtung auf Basis des ersten und zweiten Signals berechnen.
Bei der vorhergehenden ersten und zweiten Ausführungsform und ihren Modifikationen sind das einzige S-Pol-Gebiet und das einzige N-Pol-Gebiet in dem Magneten bereitgestellt; jedoch können zum Beispiel zwei oder mehr S-Pol-Gebiete und zwei oder mehr N-Pol-Gebiete bereitgestellt werden, wie bei einem in 42 veranschaulichten Magneten 2C. Insbesondere kann der Magnet 2C ein S-Pol-Gebiet 2S1, ein N-Pol-Gebiet 2N1, ein S-Pol-Gebiet 2S2 und ein N-Pol-Gebiet 2N2 beinhalten, die in dieser Reihenfolge in der Drehrichtung Θ angeordnet sind. Das S-Pol-Gebiet 2S1 kann durch die Grenze 22 von dem N-Pol-Gebiet 2N1 getrennt sein; das N-Pol-Gebiet 2N1 kann durch eine Grenze 23 von dem S-Pol-Gebiet 2S2 getrennt sein; das S-Pol-Gebiet 2S2 kann durch eine Grenze 24 von dem N-Pol-Gebiet 2N2 getrennt sein; und das N-Pol-Gebiet 2N2 kann durch die Grenze 21 von dem S-Pol-Gebiet 2S1 getrennt sein. Dieses S-Pol-Gebiet 2S1, N-Pol-Gebiet 2N1, S-Pol-Gebiet 2S2 und N-Pol-Gebiet 2N2 können bevorzugt in regelmäßigen Intervallen angeordnet sein.
Zudem umschließt die Technologie eine beliebige mögliche Kombination mancher oder aller der verschiedenen Ausführungsformen und der hier beschriebenen und hier aufgenommenen Modifikationsbeispiele.
Es ist möglich, wenigstens die folgenden Konfigurationen von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Technologie zu erreichen.

(1) Verschiebungsdetektionseinheit, die Folgendes beinhaltet: einen Magneten, der ein erstes Magnetpolgebiet, das in einen Südpol polarisiert ist, und ein zweites Magnetpolgebiet, das in einen Nordpol polarisiert ist, beinhaltet und ein Magnetfeld um den Magneten herum erzeugt; und einen magnetischen Detektor, der relativ zu dem Magneten in einer ersten Richtung beweglich ist und der eine Änderung des Magnetfeldes detektiert und damit eine Verschiebung des Magneten in der ersten Richtung detektiert, wobei der Magnet einen Übergangsabschnitt beinhaltet, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in einer zweiten Richtung zu einem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung schrittweise in der ersten Richtung variiert, wobei die zweite Richtung orthogonal zu der ersten Richtung ist.
(2) Verschiebungsdetektionseinheit nach (1), wobei der Magnet eine Dicke aufweist, die in einer dritten Richtung im Wesentlichen einheitlich ist, wobei die dritte Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung ist, und der Übergangsabschnitt ein Verhältnis in Bezug zu einem Querschnitt des Übergangsabschnitts, zu einer Oberfläche des Übergangsabschnitts oder zu sowohl dem Querschnitt als auch der Oberfläche aufweist, wobei das Verhältnis ein Verhältnis einer Länge eines Liniensegments des zweiten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung zu einer Länge eines Liniensegments des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung ist und schrittweise in der ersten Richtung variiert, wobei der Querschnitt und die Oberfläche des Übergangsabschnitts jeweils parallel zu einer Ebene sind, die orthogonal zu der dritten Richtung ist.
(3) Verschiebungsdetektionseinheit nach (1) oder (2), wobei sich eine Grenze zwischen dem ersten Magnetpolgebiet und dem zweiten Magnetpolgebiet, während sie gewinkelt ist, sowohl in der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung erstreckt.
(4) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (3), wobei das Verhältnis des magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung zu dem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung in dem Übergangsabschnitt monoton in der ersten Richtung zunimmt oder monoton in der ersten Richtung abnimmt.
(5) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (4), wobei der Magnet einen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt orthogonal zu der ersten Richtung ist und eine Form und eine Fläche aufweist, die in der ersten Richtung im Wesentlichen einheitlich sind.
(6) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (5), wobei der magnetische Detektor in einer Position bereitgestellt ist, die mit dem Magneten in einer dritten Richtung überlappt, wobei die dritte Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung ist.
(7) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (6), wobei der magnetische Detektor eine Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung beinhaltet, die eine Magnetisierung enthält, wobei die Magnetisierung in einer Ebene, die eine dritte Richtung enthält, drehbar ist, wobei die dritte Richtung senkrecht zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung ist.
(8) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (7), wobei der magnetische Detektor Folgendes beinhaltet: einen ersten Sensor, der eine Änderung einer Eine-Richtung-Komponente der Änderung des Magnetfeldes detektiert und der die Änderung der detektierten Eine-Richtung-Komponente als ein erstes Signal ausgibt; einen zweiten Sensor, der die Änderung der Eine-Richtung-Komponente detektiert und der die Änderung der detektierten Eine-Richtung-Komponente als ein zweites Signal ausgibt; und einen Arithmetikschaltkreis, der die Verschiebung des Magneten in der ersten Richtung auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet.
(9) Verschiebungsdetektionseinheit nach (8), wobei der erste Sensor und der zweite Sensor in Positionen angeordnet sind, die in der ersten Richtung voneinander verschieden sind.
(10) Verschiebungsdetektionseinheit nach (8) oder (9), wobei der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils eine Magnettunnelkontaktvorrichtung, die einen Magnettunnelkontaktfilm beinhaltet, und eine Riesenmagnetowiderstandseffekt-Vorrichtung, die einen Riesenmagnetowiderstandseffekt-Film beinhaltet, beinhalten.
(11) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (10), wobei der Magnet eines von einem kreisförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung zusammenfällt, und einem scheibenförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung zusammenfällt, beinhaltet, und der Magnet in der ersten Richtung um eine erste Achse, die sich in einer dritten Richtung erstreckt, herum drehbar ist, wobei die dritte Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung ist.
(12) Verschiebungsdetektionseinheit nach (11), wobei das kreisförmige Element eine Außenumfangskante, eine Innenumfangskante, eine erste Grenze und eine zweite Grenze beinhaltet, wobei sowohl das erste Magnetpolgebiet als auch das zweite Magnetpolgebiet an sowohl die erste Grenze als auch die zweite Grenze angrenzen, und die erste Achse zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt und zwischen einem dritten Punkt und einem vierten Punkt vorliegt, wobei die erste Grenze die Außenumfangskante in dem ersten Punkt schneidet, wobei die zweite Grenze die Außenumfangskante in dem zweiten Punkt schneidet, wobei die erste Grenze die Innenumfangskante in dem dritten Punkt schneidet, wobei die zweite Grenze die Innenumfangskante in dem vierten Punkt schneidet.
(13) Verschiebungsdetektionseinheit nach (11) oder (12), wobei der magnetische Detektor sowohl eine Änderung einer orthogonalen Komponente des Magnetfeldes als auch eine Änderung einer parallelen Komponente des Magnetfeldes detektiert, wobei die orthogonale Komponente orthogonal zu der ersten Achse ist, wobei die parallele Komponente entlang der ersten Achse vorliegt.
(14) Verschiebungsdetektionseinheit nach (13), wobei der magnetische Detektor eine Änderung einer Erste-Richtung-Komponente in der ersten Richtung als die orthogonale Komponente detektiert.
(15) Verschiebungsdetektionseinheit nach (13), wobei der magnetische Detektor eine Änderung einer Zweite-Richtung-Komponente in der zweiten Richtung als die orthogonale Komponente detektiert.
(16) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (11) bis (15), wobei der folgende konditionale Ausdruck (1) erfüllt wird: R(θ) = (θ/180) × (ϕ0 – ϕi)/2 + (ϕi/2) (1) wobei

R(θ)

einen Abstand von der ersten Achse zu einem beliebigen Punkt auf einer Grenze zwischen dem ersten Magnetpolgebiet und dem zweiten Magnetpolgebiet bezeichnet,

θ

einen zentralen Winkel in Grad bezeichnet, den eine Referenzlinie mit einer Linie bildet, wobei die Linie einen beliebigen Punkt auf der Grenze mit der ersten Achse verbindet, wobei die Referenzlinie null Grad ist und als eine Linie definiert ist, die die erste Achse mit einem Innenumfangsrand der Grenze verbindet,

ϕi

einen Innendurchmesser des Magneten bezeichnet, und

ϕ0

einen Außendurchmesser des Magneten bezeichnet.
(17) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (11) bis (15), wobei der folgende konditionale Ausdruck (2) erfüllt wird: R(θ) = –α·cos(2θ) – (θ/180) × (ϕ0 – ϕi)/2 + (ϕ0/2) (2) wobei

R(θ)

einen Abstand von der ersten Achse zu einem beliebigen Punkt auf einer Grenze zwischen dem ersten Magnetpolgebiet und dem zweiten Magnetpolgebiet bezeichnet,

θ

einen zentralen Winkel in Grad bezeichnet, den eine Referenzlinie mit einer Linie bildet, wobei die Linie einen beliebigen Punkt auf der Grenze mit der ersten Achse verbindet, wobei die Referenzlinie null Grad ist und als eine Linie definiert ist, die die erste Achse mit einem Innenumfangsrand der Grenze verbindet,

α

eine Konstante bezeichnet,

ϕi

einen Innendurchmesser des Magneten bezeichnet, und

ϕ0

einen Außendurchmesser des Magneten bezeichnet.
(18) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (17), wobei das erste Magnetpolgebiet mehrere erste Magnetpolgebiete beinhaltet und das zweite Magnetpolgebiet mehrere zweite Magnetpolgebiete beinhaltet, und die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete in der ersten Richtung abwechselnd angeordnet sind.
(19) Verschiebungsdetektionseinheit nach einem von (1) bis (10), wobei der Magnet ein stabförmiges Element, das sich linear in der ersten Richtung erstreckt, oder ein plattenförmiges Element, das sich linear in der ersten Richtung erstreckt, aufweist.
(20) Verschiebungsdetektionseinheit nach (19), wobei das erste Magnetpolgebiet mehrere erste Magnetpolgebiete beinhaltet, das zweite Magnetpolgebiet mehrere zweite Magnetpolgebiete beinhaltet und die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete in der ersten Richtung abwechselnd angeordnet sind, der Magnet mehrere Grenzen aufweist, an die die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete angrenzen, und sich die mehreren Grenzen in einer Richtung erstrecken, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
(21) Verschiebungsdetektionseinheit nach (19) oder (20), wobei der magnetische Detektor eine Änderung einer orthogonalen Komponente des Magnetfeldes detektiert und eine Änderung einer Komponente des Magnetfeldes in der Ebene detektiert, wobei die orthogonale Komponente zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung orthogonal ist, wobei die Komponente in der Ebene in einer Ebene liegt, die die erste Richtung und die zweite Richtung enthält.
(22) Magnet, der Folgendes beinhaltet: ein erstes Magnetpolgebiet, das sich in einer ersten Richtung erstreckt und das in einen Südpol polarisiert ist; ein zweites Magnetpolgebiet, das sich in der ersten Richtung erstreckt und das in einen Nordpol polarisiert ist; und einen Übergangsabschnitt, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens des zweiten Magnetpolgebiets in einer zweiten Richtung zu einem magnetischen Volumen des ersten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung schrittweise in der ersten Richtung variiert, wobei die zweite Richtung orthogonal zu der ersten Richtung ist.
(23) Magnet nach (22), wobei sich eine Grenze zwischen dem ersten Magnetpolgebiet und dem zweiten Magnetpolgebiet, während sie gewinkelt ist, sowohl in der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung erstreckt.
(24) Magnet nach (22) oder (23), wobei der Magnet eines von einem kreisförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung zusammenfällt, und einem scheibenförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung zusammenfällt, beinhaltet.
(25) Magnet nach einem von (22) bis (24), wobei das erste Magnetpolgebiet mehrere erste Magnetpolgebiete beinhaltet, wobei das zweite Magnetpolgebiet mehrere zweite Magnetpolgebiete beinhaltet und wobei die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete in der ersten Richtung abwechselnd angeordnet sind.

Die Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer Ausführungsform der Technologie beinhaltet den Magneten, der dazu bereitgestellt ist, relativ zu dem magnetischen Detektor in der ersten Richtung beweglich zu sein. In dem Übergangsabschnitt dieses Magneten variiert das Verhältnis des magnetischen Volumens des ersten Magnetpolgebiets zu dem magnetischen Volumen des zweiten Magnetpolgebiets in der zweiten Richtung, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, schrittweise in der ersten Richtung. Der Magnet liefert eine Ausgabe von dem magnetischen Detektor in Übereistimmung mit einer relativen Lage zwischen dem magnetischen Detektor und dem Magneten mit höherer Genauigkeit als eine Verschiebungsdetektionseinheit, die einen Magneten ohne den obigen Übergangsabschnitt aufweist. Der Magnet gemäß einer Ausführungsform der Technologie ist in der Verschiebungsdetektionseinheit geeignet bereitgestellt.
Gemäß dem obigen Magneten gemäß einer Ausführungsform und der obigen Verschiebungsdetektionseinheit gemäß einer Ausführungsform der Technologie ermöglicht eine Bereitstellung des Übergangsabschnittes, in dem das Verhältnis zwischen magnetischen Volumina von Magnetpolgebieten mit entgegengesetzten Polaritäten schrittweise in der ersten Richtung variiert, es, eine Bewegung oder eine Verschiebung eines Magneten relativ zu dem magnetischen Detektor mit einer hohen Genauigkeit zu detektieren.
Obwohl die Technologie in Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Es versteht sich, dass Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen von einem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Technologie, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Die Beschränkungen in den Ansprüchen sind basierend auf der Sprache, die in den Ansprüchen eingesetzt wird, in einer weiten Bedeutung zu interpretieren und sind nicht auf Beispiele, die in dieser Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschrieben werden, beschränkt und die Beispiele sollen als nichtausschließend ausgelegt werden. Zum Beispiel ist in dieser Offenbarung der Begriff „vorzugsweise”, „bevorzugt” oder dergleichen ein nichtausschließender Begriff und bedeutet „vorzugsweise”, aber ist nicht darauf beschränkt. Die Verwendung der Begriffe erste(r/s), zweite(r/s) usw. bezeichnen keinerlei Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern vielmehr werden die Begriffe erste(r/s), zweite(r/s) usw. verwendet, um Elemente voneinander zu unterscheiden. Der Begriff „im Wesentlichen” und seine Variationen sind mit der Bedeutung definiert, dass etwas größtenteils, aber nicht notwenderweise vollständig das ist, was als von einem Durchschnittsfachmann verstanden spezifiziert wird. Der Begriff „etwa” oder „näherungsweise” kann wie hier verwendet einen Grad an Veränderlichkeit eines Wertes oder eines Bereichs erlauben. Zudem soll kein Element oder keine Komponente in dieser Offenbarung der Öffentlichkeit gewidmet werden, unabhängig davon, ob das Element oder die Komponente in den folgenden Ansprüchen explizit aufgezählt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001-304805 [0002]
JP 2011-145168 [0002]

Claims

Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14), die Folgendes umfasst: einen Magneten (2 oder 7), der ein erstes Magnetpolgebiet (2S oder 7S), das in einen Südpol polarisiert ist, und ein zweites Magnetpolgebiet (2N oder 7N), das in einen Nordpol polarisiert ist, beinhaltet und ein Magnetfeld um den Magneten (2 oder 7) herum erzeugt; und einen magnetischen Detektor (3), der relativ zu dem Magneten (2 oder 7) in einer ersten Richtung (Θ oder y) beweglich ist und der eine Änderung des Magnetfeldes detektiert und damit eine Verschiebung des Magneten (2 oder 7) in der ersten Richtung (Θ oder y) detektiert, wobei der Magnet (2 oder 7) einen Übergangsabschnitt beinhaltet, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens (Vn) des zweiten Magnetpolgebiets (2N oder 7N) in einer zweiten Richtung (r oder x) zu einem magnetischen Volumen (Vs) des ersten Magnetpolgebiets (2S oder 7S) in der zweiten Richtung (r oder x) schrittweise in der ersten Richtung (Θ oder y) variiert, wobei die zweite Richtung (r oder x) orthogonal zu der ersten Richtung (Θ oder y) ist.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (2 oder 7) eine Dicke aufweist, die in einer dritten Richtung (z) im Wesentlichen einheitlich ist, wobei die dritte Richtung (z) orthogonal zu sowohl der ersten Richtung (Θ oder y) als auch der zweiten Richtung (r oder x) ist, und der Übergangsabschnitt ein Verhältnis in Bezug zu einem Querschnitt des Übergangsabschnitts, zu einer Oberfläche des Übergangsabschnitts oder zu sowohl dem Querschnitt als auch der Oberfläche aufweist, wobei das Verhältnis ein Verhältnis einer Länge eines Liniensegments des zweiten Magnetpolgebiets (2N oder 7N) in der zweiten Richtung (r oder x) zu einer Länge eines Liniensegments des ersten Magnetpolgebiets (2S oder 7S) in der zweiten Richtung (r oder x) ist und schrittweise in der ersten Richtung (Θ oder y) variiert, wobei der Querschnitt und die Oberfläche des Übergangsabschnitts jeweils parallel zu einer Ebene sind, die orthogonal zu der dritten Richtung (z) ist.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich eine Grenze (21, 22) zwischen dem ersten Magnetpolgebiet (2S oder 7S) und dem zweiten Magnetpolgebiet (2N oder 7N), während sie gewinkelt ist, in sowohl der ersten Richtung (Θ oder y) als auch der zweiten Richtung (r oder x) erstreckt.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verhältnis des magnetischen Volumens (Vn) des zweiten Magnetpolgebiets (2N oder 7N) in der zweiten Richtung (r oder x) zu dem magnetischen Volumen (Vs) des ersten Magnetpolgebiets (2S oder 7S) in der zweiten Richtung (r oder x) im Übergangsabschnitt monoton in der ersten Richtung (Θ oder y) zunimmt oder monoton in der ersten Richtung (Θ oder y) abnimmt.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Magnet (2 oder 7) einen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt orthogonal zu der ersten Richtung (Θ oder y) ist und eine Form und eine Fläche aufweist, die in der ersten Richtung (Θ oder y) im Wesentlichen einheitlich sind.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der magnetische Detektor (3) in einer Position bereitgestellt ist, die mit dem Magneten (2 oder 7) in einer dritten Richtung (z) überlappt, wobei die dritte Richtung (z) orthogonal zu sowohl der ersten Richtung (Θ oder y) als auch der zweiten Richtung (r oder x) ist.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der magnetische Detektor (3) eine Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung (41, 51), die eine Magnetisierung enthält, beinhaltet, wobei die Magnetisierung in einer Ebene, die eine dritte Richtung (z) enthält, drehbar ist, wobei die dritte Richtung (z) orthogonal zu sowohl der ersten Richtung (Θ oder y) als auch der zweiten Richtung (r oder x) ist.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der magnetische Detektor (3) Folgendes beinhaltet: einen ersten Sensor (4), der eine Änderung einer Eine-Richtung-Komponente der Änderung des Magnetfeldes detektiert und die Änderung der detektierten Eine-Richtung-Komponente als ein erstes Signal ausgibt; einen zweiten Sensor (5), der die Änderung der Eine-Richtung-Komponente detektiert und die Änderung der detektierten Eine-Richtung-Komponente als ein zweites Signal ausgibt; und einen Arithmetikschaltkreis (6), der die Verschiebung des Magneten (2 oder 7) in der ersten Richtung (Θ oder y) auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach Anspruch 8, wobei der erste Sensor (4) und der zweite Sensor (5) in Positionen angeordnet sind, die in der ersten Richtung (Θ oder y) voneinander verschieden sind.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12, 13 oder 14) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der erste Sensor (4) und der zweite Sensor (5) jeweils eine Magnettunnelkontaktvorrichtung, die einen Magnettunnelkontaktfilm beinhaltet, oder eine Riesenmagnetowiderstandseffekt-Vorrichtung, die einen Riesenmagnetowiderstandseffekt-Film beinhaltet, beinhalten.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Magnet (2) eines von einem kreisförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung (Θ) zusammenfällt, und einem scheibenförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung (Θ) zusammenfällt, umfasst, und der Magnet (2) in der ersten Richtung (Θ) um eine erste Achse (1J), die sich in einer dritten Richtung (z) erstreckt, drehbar ist, wobei die dritte Richtung (z) orthogonal zu sowohl der ersten Richtung (Θ) als auch der zweiten Richtung (r) ist.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach Anspruch 11, wobei das kreisförmige Element eine Außenumfangskante, eine Innenumfangskante, eine erste Grenze (21) und eine zweite Grenze (22) beinhaltet, wobei sowohl das erste Magnetpolgebiet (2S) als auch das zweite Magnetpolgebiet (2N) an sowohl die erste Grenze (21) als auch die zweite Grenze (22) angrenzen, und die erste Achse (1J) zwischen einem ersten Punkt (21E) und einem zweiten Punkt (22E) und zwischen einem dritten Punkt (21S) und einem vierten Punkt (22S) vorliegt, wobei die erste Grenze (21) die Außenumfangskante in dem ersten Punkt (21E) schneidet, wobei die zweite Grenze (22) die Außenumfangskante in dem zweiten Punkt (22E) schneidet, wobei die erste Grenze (21) die Innenumfangskante in dem dritten Punkt (21S) schneidet, wobei die zweite Grenze (22) die Innenumfangskante in dem vierten Punkt (22S) schneidet.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der magnetische Detektor (3) sowohl eine Änderung einer orthogonalen Komponente des Magnetfeldes als auch eine Änderung einer parallelen Komponente des Magnetfeldes detektiert, wobei die orthogonale Komponente orthogonal zu der ersten Achse (1J) ist, wobei die parallele Komponente entlang der ersten Achse (1J) vorliegt.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach Anspruch 13, wobei der magnetische Detektor (3) eine Änderung einer Erste-Richtung-Komponente in der ersten Richtung (Θ) als die orthogonale Komponente detektiert.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach Anspruch 13, wobei der magnetische Detektor (3) eine Änderung einer Zweite-Richtung-Komponente in der zweiten Richtung (r) als die orthogonale Komponente detektiert.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der folgende konditionale Ausdruck (1) erfüllt wird: R(θ) = (θ/180) × (ϕ0 – ϕi)/2 + (ϕi/2) (1) wobei R(θ) einen Abstand von der ersten Achse (1J) zu einem beliebigen Punkt auf einer Grenze (21, 22) zwischen dem ersten Magnetpolgebiet (2S) und dem zweiten Magnetpolgebiet (2N) bezeichnet, θ einen zentralen Winkel in Grad bezeichnet, den eine Referenzlinie mit einer Linie bildet, wobei die Linie einen beliebigen Punkt auf der Grenze (21, 22) mit der ersten Achse (1J) verbindet, wobei die Referenzlinie null Grad ist und als eine Linie definiert ist, die die erste Achse (1J) mit einem Innenumfangsrand (21S, 22S) der Grenze (21, 22) verbindet, ϕi einen Innendurchmesser des Magneten (2) bezeichnet, und ϕ0 einen Außendurchmesser des Magneten (2) bezeichnet.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der folgende konditionale Ausdruck (2) erfüllt wird: R(θ) = –α·cos(2θ) – (θ/180) × (ϕ0 – ϕi)/2 + (ϕ0/2) (2) wobei R(θ) einen Abstand von der ersten Achse (1J) zu einem beliebigen Punkt auf einer Grenze (21, 22) zwischen dem ersten Magnetpolgebiet (2S) und dem zweiten Magnetpolgebiet (2N) bezeichnet, θ einen zentralen Winkel in Grad bezeichnet, den eine Referenzlinie mit einer Linie bildet, wobei die Linie einen beliebigen Punkt auf der Grenze (21, 22) mit der ersten Achse (1J) verbindet, wobei die Referenzlinie null Grad ist und als eine Linie definiert ist, die die erste Achse (1J) mit einem Innenumfangsrand (21S, 22S) der Grenze (21, 22) verbindet, α eine Konstante bezeichnet, ϕi einen Innendurchmesser des Magneten (2) bezeichnet, und ϕ0 einen Außendurchmesser des Magneten (2) bezeichnet.
Verschiebungsdetektionseinheit (11, 12 oder 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das erste Magnetpolgebiet (2S) mehrere erste Magnetpolgebiete (2S1, 2S2) umfasst und das zweite Magnetpolgebiet (2N) mehrere zweite Magnetpolgebiete (2N1, 2N2) umfasst, und die ersten Magnetpolgebiete (2S1, 2S2) und die zweiten Magnetpolgebiete (2N1, 2N2) in der ersten Richtung (Θ) abwechselnd angeordnet sind.
Verschiebungsdetektionseinheit (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Magnet (7) ein stabförmiges Element, das sich linear in der ersten Richtung (y) erstreckt, oder ein plattenförmiges Element, das sich linear in der ersten Richtung (y) erstreckt, aufweist.
Verschiebungsdetektionseinheit (13) nach Anspruch 19, wobei das erste Magnetpolgebiet (7S) mehrere erste Magnetpolgebiete umfasst, das zweite Magnetpolgebiet (7N) mehrere zweite Magnetpolgebiete umfasst, und die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete in der ersten Richtung (y) abwechselnd angeordnet sind, der Magnet (7) mehrere Grenzen (71, 72) aufweist, an die die ersten Magnetpolgebiete und die zweiten Magnetpolgebiete angrenzen, und sich die mehreren Grenzen (71, 72) in einer Richtung erstrecken, die sowohl die erste Richtung (y) als auch die zweite Richtung (x) schneidet.
Verschiebungsdetektionseinheit (13) nach Anspruch 19 oder 20, wobei der magnetische Detektor (3) eine Änderung einer orthogonalen Komponente des Magnetfeldes und eine Änderung einer Komponente des Magnetfeldes in der Ebene detektiert, wobei die orthogonale Komponente zu sowohl der ersten Richtung (y) als auch der zweiten Richtung (x) orthogonal ist, wobei die Komponente in der Ebene in einer Ebene liegt, die die erste Richtung (y) und die zweite Richtung (x) enthält.
Magnet (2 oder 7), der Folgendes umfasst: ein erstes Magnetpolgebiet (2S oder 7S), das sich in einer ersten Richtung (Θ oder y) erstreckt und das in einen Südpol polarisiert ist; ein zweites Magnetpolgebiet (2N oder 7N), das sich in der ersten Richtung (Θ oder y) erstreckt und das in einen Nordpol polarisiert ist; und einen Übergangsabschnitt, in dem ein Verhältnis eines magnetischen Volumens (Vn) des zweiten Magnetpolgebiets (2N oder 7N) in einer zweiten Richtung (r oder x) zu einem magnetischen Volumen (Vs) des ersten Magnetpolgebiets (2S oder 7S) in der zweiten Richtung (r oder x) schrittweise in der ersten Richtung (Θ oder y) variiert, wobei die zweite Richtung (r oder x) orthogonal zu der ersten Richtung (Θ oder y) ist.
Magnet (2 oder 7) nach Anspruch 22, wobei sich eine Grenze zwischen dem ersten Magnetpolgebiet (2S oder 7S) und dem zweiten Magnetpolgebiet (2N oder 7N), während sie gewinkelt ist, in sowohl der ersten Richtung (Θ oder y) als auch der zweiten Richtung (r oder x) erstreckt.
Magnet (2) nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Magnet eines von einem kreisförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung (Θ) zusammenfällt, und einem scheibenförmigen Element, dessen Umfangsrichtung mit der ersten Richtung (Θ) zusammenfällt, umfasst.
Magnet (2) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das erste Magnetpolgebiet (2S) mehrere erste Magnetpolgebiete (2S1, 2S2) umfasst, das zweite Magnetpolgebiet (2N) mehrere zweite Magnetpolgebiete (2N1, 2N2) umfasst, und die ersten Magnetpolgebiete (2S1, 2S2) und die zweiten Magnetpolgebiete (2N1, 2N2) in der ersten Richtung (Θ) abwechselnd angeordnet sind.