DE102020130454A1

DE102020130454A1 - Magnetsensor

Info

Publication number: DE102020130454A1
Application number: DE102020130454.4A
Authority: DE
Inventors: Kenzo Makino; Norikazu Ota
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-05-27
Also published as: US20240192292A1; US11940506B2; US11467234B2; US20210156933A1; CN112858964B; US20220373620A1; CN112858964A; JP7028234B2; JP2021085738A

Abstract

Ein Magnetsensor umfasst mindestens ein MR-Element und eine Spule. Die Spule enthält mindestens einen Leiterabschnitt. Der mindestens eine Leiterabschnitt befindet sich jeweils an einer solchen Position, dass ein durch den Leiterabschnitt erzeugtes Teilmagnetfeld an eines der mindestens einen MR-Elemente, das dem Leiterabschnitt entspricht, angelegt wird und sich entlang einer imaginären Kurve erstreckt, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg von dem entsprechenden MR-Element vorsteht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor mit einem magnetoresistiven Element und einer Spule, die ein Spulenmagnetfeld erzeugt, das an das magnetoresistive Element angelegt wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Magnetsensoren wurden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispiele für bekannte Magnetsensoren sind solche, die ein magnetoresistives Spin-Ventil-Element verwenden, das auf einem Substrat aufgebracht ist. Das magnetoresistive Spin-Ventil-Element enthält eine Schicht mit fixierter Magnetisierung, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung in Abhängigkeit von der Richtung eines angelegten Magnetfeldes variabel ist, und eine Spaltschicht, die sich zwischen der magnetisierten Schicht und der freien Schicht befindet.
In einem Magnetsensor, der ein magnetoresistives Element verwendet, arbeitet das magnetoresistive Element vorzugsweise in seinem linearen Bereich. Der lineare Bereich des magnetoresistiven Elements bezieht sich auf einen Bereich, in dem sich der Widerstand des magnetoresistiven Elements linear oder im Wesentlichen linear mit einer Änderung eines an das magnetoresistive Element angelegten Magnetfelds in einem Kennfeld ändert, das eine Beziehung zwischen dem angelegten Magnetfeld und dem Widerstand des magnetoresistiven Elements zeigt. Beispiele für bekannte Verfahren zum Einstellen des Betriebsbereichs des magnetoresistiven Elements, um den Betrieb im linearen Bereich zu ermöglichen, umfassen das Verleihen der freien Schicht des magnetoresistiven Elements einer einachsigen magnetischen Anisotropie wie der magnetischen Formanisotropie.
Wenn ein magnetoresistives Element eine freie Schicht mit magnetischer Formanisotropie enthält, wird die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes auf eine von zwei einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Achse der leichten Magnetisierung der freien Schicht eingestellt. Die Magnetisierung der freien Schicht des magnetoresistiven Elements kann jedoch durch Anlegen eines Störmagnetfeldes usw. umgekehrt werden. Beispielsweise kann ein Magnetsensor, der das magnetoresistive Element verwendet, einen vom ursprünglichen Wert abweichenden Erfassungswert erzeugen, sobald die Magnetisierung der freien Schicht umgekehrt wird. Ein Beispiel für eine Methode zum Ausrichten der Richtung der Magnetisierung der freien Schicht in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes auf eine ursprünglich eingestellte Richtung ist das Anlegen eines Magnetfeldes an das magnetoresistive Element von außen.
JP 2017-72375 A beschreibt einen Magnetsensor, in dem ein magnetoresistives Element mit einer Spule integriert ist. Die Spule des Magnetsensors erzeugt ein Vormagnetisierungsfeld, das an die freie Schicht des magnetoresistiven Elements angelegt wird. Das Vormagnetisierungsfeld kann die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes auf die Richtung des Vormagnetisierungsfeldes ausrichten. Außerdem kann der Magnetsensor, wenn die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes von der ursprünglich eingestellten Richtung abweicht, das Vormagnetisierungsfeld erzeugen, um die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht zurückzusetzen.
Um die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes auszurichten oder die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht durch das von der Spule erzeugte Magnetfeld zurückzusetzen, muss eine ausreichende Menge Strom durch die Spule geleitet werden. Bei einem Magnetsensor, in dem ein magnetoresistives Element mit einer Spule integriert ist, wie insbesondere bei dem in JP 2017-72375 A beschriebenen Magnetsensor, kann jedoch nicht immer eine ausreichende Strommenge durch die Spule geleitet werden. Infolgedessen gab es Fälle, in denen ein Magnetfeld ausreichender Stärke nicht an die freie Schicht angelegt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Magnetsensors, der mit Hilfe einer Spule ein Magnetfeld ausreichender Stärke an ein magnetoresistives Element anlegen kann.
Ein Magnetsensor nach der vorliegenden Erfindung enthält mindestens ein magnetoresistives Element, dessen Widerstand sich mit einem äußeren Magnetfeld ändert, und eine Spule, die ein Spulenmagnetfeld erzeugt, wobei das Spulenmagnetfeld ein Magnetfeld ist, das an das mindestens eine magnetoresistive Element anzulegen ist. Die Spule enthält mindestens einen Leiterabschnitt. Das Spulenmagnetfeld umfasst ein Teilmagnetfeld, das von jedem der mindestens einen Leiterabschnitte erzeugt wird. Der mindestens eine Leiterabschnitt befindet sich jeweils an einer solchen Position, dass das durch den Leiterabschnitt erzeugte Teilmagnetfeld an eines des mindestens einen magnetoresistiven Elements, das dem Leiterabschnitt entspricht, angelegt wird und sich entlang einer imaginären Kurve erstreckt, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg von dem entsprechenden magnetoresistiven Element vorsteht.
Der Magnetsensor nach der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Trägerelement enthalten, das das mindestens eine magnetoresistive Element trägt. Das Tragelement umfasst eine obere Fläche, die dem mindestens einen magnetoresistiven Element gegenüberliegt, und eine untere Fläche, die sich auf einer der oberen Fläche gegenüberliegenden Seite befindet. Die obere Fläche des Stützelements kann einen gekrümmten Flächenabschnitt aufweisen, der so gekrümmt ist, dass er in einer Richtung von der unteren Fläche des Stützelements weg vorsteht. Das mindestens eine magnetoresistive Element kann sich auf dem gekrümmten Oberflächenabschnitt befinden. Das mindestens eine magnetoresistive Element enthält jeweils auch eine dem Stützglied gegenüberliegende untere Fläche. Die Bodenfläche jedes des mindestens einen magnetoresistiven Elements kann eine gekrümmte Oberfläche sein, die sich entlang des gekrümmten Oberflächenabschnitts krümmt.
Wenn die obere Oberfläche des Stützelements den gekrümmten Oberflächenabschnitt einschließt, kann der gekrümmte Oberflächenabschnitt einen Mittelabschnitt, der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt und sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung in der Mitte des gekrümmten Oberflächenabschnitts befindet, sowie einen ersten Seitenabschnitt und einen zweiten Seitenabschnitt, die sich auf beiden Seiten des Mittelabschnitts in der zweiten Richtung befinden, einschließen. In einem solchen Fall können der erste und der zweite Seitenabschnitt zwei gekrümmte Schrägen sein, die sich an Positionen befinden, die näher an der Bodenfläche des Stützelements liegen als der Mittelabschnitt, und deren Abstand zur Bodenfläche des Stützelements hin zunimmt. Das mindestens eine magnetoresistive Element kann sich auf dem ersten Seitenteil befinden. Alternativ kann das mindestens eine magnetoresistive Element mindestens ein erstes magnetoresistives Element, das sich auf dem ersten Seitenabschnitt befindet, und mindestens ein zweites magnetoresistives Element, das sich auf dem zweiten Seitenabschnitt befindet, enthalten.
Wenn der erfindungsgemäße Magnetsensor das Trägerelement umfasst, kann der mindestens eine Leiterabschnitt an einer Stelle angeordnet werden, an der das mindestens eine magnetoresistive Element mit dem Trägerelement sandwichartig angeordnet ist. In einem solchen Fall kann der Magnetsensor ferner eine Isolierschicht enthalten, die das mindestens eine magnetoresistive Element und die obere Fläche des Trägerteils bedeckt. Der mindestens eine Leiterabschnitt kann sich auf der Isolierschicht befinden. In einem solchen Fall kann das mindestens eine magnetoresistive Element jeweils auch einen Stapel aus mehreren Schichten enthalten. Der mindestens eine Leiterabschnitt kann sich jeweils teilweise parallel zu den Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente bilden, nämlich dasjenige, das dem Leiterabschnitt entspricht. Alternativ kann sich der mindestens eine Leiterabschnitt jeweils nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines des mindestens einen Magnetelements bilden, das dem Leiterabschnitt entspricht.
Wenn sich der mindestens eine Leiterabschnitt an der Stelle befindet, an der das mindestens eine magnetoresistive Element mit dem Trägerelement sandwichartig angeordnet ist, kann die Spule ferner mindestens einen zweiten Leiterabschnitt enthalten. Der mindestens eine zweite Leiterabschnitt ist ein anderer Teil der Spule als der mindestens eine Leiterabschnitt. In einem solchen Fall kann das Magnetfeld der Spule ferner ein zweites Teilmagnetfeld enthalten, das von jedem des mindestens einen zweiten Leiterabschnitts erzeugt wird. Der mindestens eine zweite Leiterabschnitt kann sich auf der unteren Oberflächenseite des Trägerelements befinden. Der mindestens eine zweite Leiterabschnitt kann jeweils an einer solchen Position angeordnet sein, dass das zweite Teilmagnetfeld, das durch den zweiten Leiterabschnitt erzeugt wird, an eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente angelegt wird, das dem zweiten Leiterabschnitt entspricht.
Wenn die Spule den mindestens einen zweiten Leiterabschnitt enthält, kann das mindestens eine magnetoresistive Element jeweils einen Stapel aus mehreren Schichten enthalten. Der mindestens eine Leiterabschnitt kann sich jeweils teilweise parallel zu den Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente bilden, und zwar dasjenige, das dem Leiterabschnitt entspricht. Der mindestens eine zweite Leiterabschnitt kann sich jeweils nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente bilden, wobei das dem zweiten Leiterabschnitt entsprechende Element dem zweiten Leiterabschnitt entspricht. Alternativ dazu kann sich der mindestens eine Leiterabschnitt jeweils nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines des mindestens einen magnetoresistiven Elements bilden, das dem Leiterabschnitt entspricht. Der mindestens eine zweite Leiterabschnitt kann sich jeweils teilweise parallel zu den Oberflächen der Schichten erstrecken, die eines des mindestens einen magnetoresistiven Elements bilden, das dem zweiten Leiterabschnitt entspricht.
In dem Magnetsensor der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine magnetoresistive Element jeweils eine Schicht mit fixierter Magnetisierung mit einer ersten Magnetisierung, deren Richtung fest ist, und eine freie Schicht mit einer zweiten Magnetisierung, deren Richtung mit dem äußeren Magnetfeld veränderbar ist, enthalten. Das Spulenmagnetfeld kann dazu bestimmt sein, die Richtung der zweiten Magnetisierung der freien Schicht in eine vorbestimmte Richtung zu orientieren.
In dem Magnetsensor der vorliegenden Erfindung befindet sich der mindestens eine Leiterabschnitt, der Teil der Spule ist, jeweils an einer solchen Position, dass das vom Leiterabschnitt erzeugte Teilmagnetfeld an eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente, das dem Leiterabschnitt entspricht, angelegt wird und sich entlang einer gedachten Kurve erstreckt, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg von dem entsprechenden magnetoresistiven Element vorsteht. Nach der vorliegenden Erfindung kann somit durch die Spule ein Magnetfeld von ausreichender Stärke an das magnetoresistive Element angelegt werden.
Andere und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausführlicher dargestellt.
Figurenliste

ist ein erläuterndes Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Magnetsensorsystems einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die magnetoresistive Elemente und eine Spule eines Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die die magnetoresistiven Elemente und die Spule des Magnetsensors entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine Draufsicht, die einen Magnetsensor entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt des Magnetsensors entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein Schaltplan, der die Schaltungskonfiguration des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die die magnetoresistiven Elemente, die unteren Elektroden und die oberen Elektroden der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die das magnetoresistive Element der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung eines Zielmagnetfeldes der ersten Ausführungsform der Erfindung.
ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definition eines Winkels zeigt, den die Richtung des magnetischen Zielfeldes in Bezug auf eine Bezugsrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung der Form eines oberen Leiterteils und eines unteren Leiterteils der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt eines ersten Modifikationsbeispiels des Magnetsensors entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt eines zweiten Modifikationsbeispiels des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die magnetoresistive Elemente und eine Spule eines Magnetsensors nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine perspektivische Ansicht, die die magnetoresistiven Elemente und die Spule des Magnetsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist eine Draufsicht, die den Magnetsensor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt des Magnetsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein Schaltplan, der die Schaltungsanordnung des Magnetsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung der Form eines oberen Leiterteils und eines unteren Leiterteils der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung eines Zielmagnetfeldes für ein erstes magnetoresistives Element gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erkennen.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung eines Zielmagnetfeldes für ein zweites magnetoresistives Element entsprechend der zweiten zu detektierenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Eine Skizze eines Magnetsensorsystems einschließlich eines Magnetsensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst anhand von Bild 1 beschrieben. Ein Magnetsensorsystem 100 nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Magnetsensor 1 nach der vorliegenden Ausführungsform und einen Magnetfeldgenerator 5. Der Magnetfeldgenerator 5 erzeugt ein Zielmagnetfeld MF, das für den Magnetsensor 1 ein zu detektierendes Magnetfeld ist (zu detektierendes Magnetfeld).
Der Magnetfeldgenerator 5 ist um eine Drehachse C drehbar. Der Magnetfeldgenerator 5 enthält ein Magnetpaar 6A und 6B. Die Magnete 6A und 6B sind an symmetrischen Positionen angeordnet, wobei eine virtuelle Ebene mit der Rotationsachse C im Zentrum liegt. Die Magnete 6A und 6B haben jeweils einen N-Pol und einen S-Pol. Die Magnete 6A und 6B sind so ausgerichtet, dass der N-Pol des Magneten 6A dem S-Pol des Magneten 6B entgegengesetzt ist. Der Magnetfeldgenerator 5 erzeugt das Zielmagnetfeld MF in der Richtung vom N-Pol des Magneten 6A zum S-Pol des Magneten 6B.
Der Magnetsensor 1 befindet sich an einer Position, an der das Zielmagnetfeld MF an einer vorbestimmten Referenzposition erfasst werden kann. Die Referenzposition kann sich auf einer Drehachse C befinden. In der folgenden Beschreibung befindet sich die Referenzposition auf der Drehachse C. Der Magnetsensor 1 detektiert das vom Magnetfeldgenerator 5 erzeugte Zielmagnetfeld MF und erzeugt einen Detektionswert Vs. Der Detektionswert Vs hat eine Entsprechung mit einer relativen Position, oder insbesondere der Drehposition, des Magnetfeldgenerators 5 in Bezug auf den Magnetsensor 1.
Das Magnetsensorsystem 100 kann als Vorrichtung zur Erfassung der Drehposition eines drehbaren beweglichen Teils in einem Gerät verwendet werden, das das bewegliche Teil enthält. Beispiele für einen solchen Apparat sind ein Gelenk eines Industrieroboters. zeigt ein Beispiel, bei dem das Magnetsensorsystem 100 auf einen Industrieroboter 200 angewendet wird.
Der in gezeigte Industrieroboter 200 umfasst ein bewegliches Teil 201 und eine Trägereinheit 202, die das bewegliche Teil 201 drehbar trägt. Das bewegliche Teil 201 und die Trägereinheit 202 sind an einem Gelenk verbunden. Das bewegliche Teil 201 dreht sich um die Drehachse C. Wird beispielsweise das Magnetsensorsystem 100 am Gelenk des Industrieroboters 200 angebracht, kann der Magnetsensor 1 an der Trägereinheit 202 befestigt werden, und die Magnete 6A und 6B können am beweglichen Teil 201 befestigt werden.
Nun definieren wir die X-, Y- und Z-Richtungen wie in dargestellt. Die X-, Y- und Z-Richtungen sind orthogonal zueinander. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Richtung parallel zur Drehachse C (in eine Richtung außerhalb der Zeichenebene) als X-Richtung bezeichnet. In ist die Y-Richtung als Rechtsrichtung und die Z-Richtung als Aufwärtsrichtung dargestellt. Die entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen X, Y und Z werden als -X-, -Y- bzw. -Z-Richtung bezeichnet. Die Richtung des Zielmagnetfeldes MF dreht sich innerhalb der YZ-Ebene um die Referenzposition auf der Drehachse C.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Magnetsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die bis beschrieben. und ist eine perspektivische Ansicht, die magnetoresistive Elemente und eine Spule des Magnetsensors 1 zeigt. ist eine Draufsicht, die den Magnetsensor 1 zeigt. ist eine Schnittdarstellung, die einen Querschnitt des Magnetsensors 1 zeigt. ist ein Schaltplan, der den Schaltungsaufbau des Magnetsensors 1 zeigt.
Der Magnetsensor 1 enthält mindestens ein magnetoresistives Element, dessen Widerstand sich mit einem externen Magnetfeld ändert, und ein Trägerelement 40, das das mindestens eine magnetoresistive Element trägt. Ein magnetoresistives Element wird im Folgenden als MR-Element bezeichnet. Das mindestens eine MR-Element ist jeweils so konfiguriert, dass es in der Lage ist, das Zielmagnetfeld MF zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Magnetsensor 1 vier MR-Elemente 11, 12, 13 und 14 als das mindestens eine MR-Element. zeigt einen Querschnitt des Magnetsensors 1, der das MR-Element 11 schneidet.
Zum Beispiel enthält das Stützelement 40 eine Isolationsschicht aus einem isolierenden Material, z.B. SiO₂. Wie in dargestellt, enthält der Träger 40 eine obere Fläche 40a gegenüber den MR-Elementen 11 bis 14 und eine untere Fläche 40b, die sich auf einer der oberen Fläche 40a gegenüberliegenden Seite befindet. Die obere Fläche 40a befindet sich an einem Ende des Trägerelements 40 in Z-Richtung. Die untere Fläche 40b befindet sich an einem Ende des Stützelements 40 in der -Z-Richtung. Die untere Fläche 40b ist parallel zur XY-Ebene.
Die obere Fläche 40a des Stützelements 40 umfasst einen gekrümmten Flächenabschnitt 40a1 und einen flachen Flächenabschnitt 40a2. Der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1 ist so gekrümmt, dass er in einer Richtung weg von der unteren Fläche 40b des Stützelements 40 (Z-Richtung) vorsteht. Der flache Oberflächenabschnitt 40a2 befindet sich an einer Position, die näher an der Bodenfläche 40b liegt als der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1. Der ebene Oberflächenabschnitt 40a2 kann parallel zur XY-Ebene liegen.
Eine Richtung parallel zur X-Richtung wird als erste Richtung bezeichnet, eine Richtung parallel zur Y-Richtung als zweite Richtung. Die erste und die zweite Richtung sind jeweils so definiert, dass sie eine bestimmte Richtung und eine der bestimmten Richtung entgegengesetzte Richtung umfassen. Der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1 umfasst einen Mittelabschnitt C1, einen ersten Seitenabschnitt SD1 und einen zweiten Seitenabschnitt SD2. Der Mittelabschnitt C1 erstreckt sich entlang der ersten Richtung und befindet sich in der Mitte des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1 in der zweiten Richtung. Die ersten und zweiten Seitenteile SD1 und SD2 befinden sich auf beiden Seiten des Mittelteils C1 in der zweiten Richtung. Die ersten und zweiten Seitenabschnitte SD1 und SD2 befinden sich an Positionen, die näher an der Bodenfläche 40b des Stützelements 40 liegen als der Mittelabschnitt C1. Die ersten und zweiten Seitenabschnitte SD1 und SD2 sind zwei gekrümmte Schrägen, deren Abstand zur Bodenfläche 40b des Stützelements 40 hin zunimmt. Die ersten und zweiten Seitenabschnitte SD1 und SD2 haben eine symmetrische oder im Wesentlichen symmetrische Form in Bezug auf die XZ-Ebene, die den Mittelpunkt des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1 in der zweiten Richtung schneidet.
Das Stützelement 40 hat eine solche Querschnittsform, dass der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1 auf der oberen Fläche 40a gebildet wird. Insbesondere hat das Stützglied 40 eine Querschnittsform, die sich in Z-Richtung in einem gegebenen Querschnitt parallel zur YZ-Ebene ausbeult.
Die MR-Elemente 11 bis 14 befinden sich auf dem gekrümmten Oberflächenabschnitt 40a1. Insbesondere befinden sich in der vorliegenden Ausführungsform die MR-Elemente 11 bis 14 alle auf dem ersten Seitenteil SD1 des gekrümmten Oberflächenteils 40a1. Untere Elektroden, die später beschrieben werden, sind zwischen den MR-Elementen 11 bis 14 und dem Stützelement 40 angeordnet. Wie in den bis dargestellt, sind die MR-Elemente 11 bis 14 in dieser Reihenfolge entlang der -X-Richtung in einer Reihe angeordnet.
Die MR-Elemente 11 bis 14 haben jeweils eine dem Tragteil 40 gegenüberliegende Bodenfläche. Die Bodenflächen der MR-Elemente 11 bis 14 sind gekrümmte Flächen, die entlang des gekrümmten Flächenteils 40a1 gekrümmt sind.
Wie später beschrieben wird, enthalten die MR-Elemente 11 bis 14 jeweils einen Stapel aus mehreren Schichten. Unter der Annahme, dass die Schichten ebene Oberflächen haben, befinden sich die MR-Elemente 11 bis 14 jeweils auf dem ersten Seitenteil SD1 in einer solchen Ausrichtung, dass die Oberflächen der Schichten schräg zur XY-Ebene stehen.
Der Magnetsensor 1 enthält ferner eine Spule 30, die ein Spulenmagnetfeld erzeugt, das ein Magnetfeld ist, das an das mindestens eine MR-Element, d.h. die MR-Elemente 11 bis 14, angelegt wird. Die MR-Elemente 11 bis 14 sind in die Spule 30 integriert.
Die Spule 30 umfasst ein erstes Ende 30a und ein zweites Ende 30b, die sich an beiden Längsenden des Leiters befinden, der die Spule 30 bildet. Das erste und das zweite Ende 30a und 30b sind an eine nicht abgebildete Stromversorgung angeschlossen. Die Spule 30 ist um die MR-Elemente 11 bis 14 gewickelt. Insbesondere in der vorliegenden Ausführung ist die Spule 30 so gewickelt, dass an jedes der MR-Elemente 11 bis 14 ein Spulenmagnetfeld in X- oder -X-Richtung angelegt wird. Wenn zum Beispiel ein Strom in einer Richtung vom ersten Ende 30a zum zweiten Ende 30b fließt, wird ein Spulenmagnetfeld in -X-Richtung an die MR-Elemente 11 und 13 und ein Spulenmagnetfeld in X-Richtung an die MR-Elemente 12 und 14 angelegt. Wenn ein Strom in einer Richtung vom zweiten Ende 30b zum ersten Ende 30a geleitet wird, wird an die MR-Elemente 11 und 13 ein Spulenmagnetfeld in X-Richtung und an die MR-Elemente 12 und 14 ein Spulenmagnetfeld in -X-Richtung angelegt.
Die Spule 30 umfasst obere Spulenabschnitte 30U, die auf der Z-Richtungsseite in Bezug auf die Bodenfläche 40b des Stützelements 40 angeordnet sind, und untere Spulenteile 30L, die auf der -Z-Richtungsseite in Bezug auf die Bodenfläche 40b des Stützelements 40 angeordnet sind. In den und sind die oberen Wicklungsteile 30U durch doppelt gestrichelte Linien dargestellt. In sind die unteren Spulenteile 30L durch gestrichelte Linien dargestellt.
Der Magnetsensor 1 enthält ferner eine Vielzahl von unteren Elektroden 41 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 42, die die MR-Elemente 11 bis 14 elektrisch verbinden, ein Substrat 61 und die Isolierschichten 62, 63, 64, 65, 66 und 67. Die Isolierschicht 62 befindet sich auf dem Substrat 61. Die unteren Spulenabschnitte 30L enthalten eine Vielzahl von ersten Schichten 30L1, die sich auf der Isolierschicht 62 befinden, und eine Vielzahl von zweiten Schichten 30L2, die sich auf der Vielzahl von ersten Schichten 30L1 befinden. Die Isolierschicht 63 befindet sich auf der Isolierschicht 62, um die Vielzahl der ersten Schichten 30L1 herum. Die Dämmschicht 64 befindet sich auf den ersten Schichten 30L1 und die Dämmschicht 63 um die zweiten Schichten 30L2 herum. Der Träger 40 befindet sich auf den zweiten Schichten 30L2 und der Dämmschicht 64.
Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41 befindet sich auf der oberen Fläche 40a des Trägerteils 40. Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41 auf der oberen Fläche 40a des Trägerelements 40 befindet sich hauptsächlich auf dem ersten Seitenteil SD1 des gekrümmten Oberflächenteils 40a1. Die Isolierschicht 65 befindet sich auf der Oberseite 40a des Trägerelements 40, um die Vielzahl der unteren Elektroden 41 herum. Die MR-Elemente 11 bis 14 befinden sich auf der Mehrzahl der unteren Elektroden 41. Die Isolierschicht 66 befindet sich auf der Mehrzahl der unteren Elektroden 41 und die Isolierschicht 65 um die MR-Elemente 11 bis 14 herum. Die Mehrzahl der oberen Elektroden 42 befindet sich auf den MR-Elementen 11 bis 14 und der Isolierschicht 66. Die Isolierschicht 67 befindet sich auf der Mehrzahl der oberen Elektroden 42 und der Isolierschicht 66. In sind die Mehrzahl der unteren Elektroden 41, die Mehrzahl der oberen Elektroden 42 und die Isolierschichten 65 bis 67 weggelassen.
Die oberen Spulenteile 30U befinden sich hauptsächlich auf der Isolierschicht 67. Der Magnetsensor 1 hat eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen, die von der Oberseite der Isolierschicht 67 bis zur Unterseite 40b des Trägerteils 40 durchlaufen. Die oberen Spulenteile 30U und die unteren Spulenteile 30L sind über die Vielzahl der Durchgangsbohrungen miteinander verbunden.
Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41 und die Mehrzahl der oberen Elektroden 42 sind aus einem leitfähigen Material wie Cu hergestellt. Das Substrat 61 ist ein Halbleitersubstrat, das aus einem Halbleiter wie z.B. Si besteht. Die isolierenden Schichten 62 bis 67 sind aus einem isolierenden Material wie z.B. SiO₂ hergestellt.
Der Magnetsensor 1 enthält ferner eine nicht abgebildete Isolierschicht, die die oberen Spulenteile 30U und die Isolierschicht 67 bedeckt. Die nicht abgebildete Isolierschicht besteht aus einem Isoliermaterial wie z.B. SiO₂.
Beachten Sie, dass die zweiten Schichten 30L2 der unteren Spulenteile 30L und die Isolierschicht 64 weggelassen werden können. In einem solchen Fall befindet sich das Trägerteil 40 auf den ersten Lagen 30L1 der unteren Spulenteile 30L und der Isolierschicht 63.
Wie in dargestellt, enthält der Magnetsensor 1 außerdem einen Stromversorgungsknoten VI, einen Masseknoten G1, zwei Signalausgangsknoten E11 und E12 und einen Differentialdetektor 21. Das MR-Element 11 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten V1 und dem Signalausgangsknoten E11 angeordnet. Das MR-Element 12 ist zwischen dem Signalausgangsknoten E11 und dem Masseknoten G1 angeordnet. Das MR-Element 13 ist zwischen dem Signalausgangsknoten E12 und dem Masseknoten G1 angeordnet. Das MR-Element 14 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten V1 und dem Signalausgangsknoten E12 angeordnet. Eine vorgegebene Größe der Versorgungsspannung wird an den Versorgungsknoten V1 angelegt. Der Erdungsknoten G1 ist geerdet. Der Differenzdetektor 21 gibt als erstes Erkennungssignal S1 ein Signal entsprechend einer Potentialdifferenz zwischen den Signalausgangsknoten E11 und E12 aus.
Der Magnetsensor 1 enthält ferner eine Detektionswerterzeugungsschaltung 22, die den Detektionswert Vs auf der Grundlage des Detektionssignals S1 erzeugt. Der Detektionswert Vs hängt von dem Detektionssignal S1 ab. Die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 enthält z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer. Eine Methode zur Erzeugung des Detektionswerts Vs wird später beschrieben.
Die Konfiguration der MR-Elemente 11 bis 14 wird nun im Detail beschrieben. Bei der Beschreibung eines der MR-Elemente 11 bis 14 wird das MR-Element im Folgenden mit der Kennziffer 10 bezeichnet. ist eine perspektivische Ansicht, die die MR-Elemente 10, die unteren Elektroden 41 und die oberen Elektroden 42 zeigt. ist eine perspektivische Ansicht, die das MR-Element 10 zeigt.
Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform das MR-Element 10 ein Spinventil-MR-Element. Wie in 8 gezeigt, umfasst das MR-Element 10 eine Magnetisierungsstiftschicht 52 mit einer Magnetisierung, deren Richtung fest ist, eine freie Schicht 54 mit einer Magnetisierung, deren Richtung in Abhängigkeit von der Richtung eines externen Magnetfelds variabel ist, und eine Spaltschicht Das MR-Element 10 kann ein magnetoresistives Tunnelelement (TMR) oder ein magnetoresistives Riesenelement (GMR) sein. In dem TMR-Element ist die Spaltschicht 53 eine Tunnelbarriereschicht. In dem GMR-Element ist die Spaltschicht 53 eine nichtmagnetische leitende Schicht. Der Widerstand des MR-Elements 10 ändert sich mit einem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 54 in Bezug auf die Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungsstiftschicht 52 bildet. Der Widerstand wird minimiert, wenn der Winkel 0 ° beträgt. Der Widerstand wird maximiert, wenn der Winkel 180 ° beträgt. In dem MR-Element 10 weist die freie Schicht 54 eine Formanisotropie auf, die die Richtung der Magnetisierungs-Leichtachse so einstellt, dass sie orthogonal zur Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungs-Fixierungsschicht 52 ist.
Jede der unteren Elektroden 41 hat eine lange, schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 41, die in Längsrichtung der unteren Elektroden 41 nebeneinander liegen, haben einen Spalt dazwischen. Wie in dargestellt, befindet sich das MR-Element 10 auf der Oberseite der unteren Elektrode 41 in der Nähe eines Endes in Längsrichtung. Wie in dargestellt, enthält das MR-Element 10 ferner eine antiferromagnetische Schicht 51. Die antiferromagnetische Schicht 51, die magnetisierbare Pinning-Schicht 52, die Spaltschicht 53 und die freie Schicht 54 sind in dieser Reihenfolge von der unteren Elektrode 41 aus, von der nächsten bis zur entferntesten, gestapelt. Die antiferromagnetische Schicht 51 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 41 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 51 besteht aus einem antiferromagnetischen Material. Die antiferromagnetische Schicht 51 ist in Austauschkopplung mit der magnetisierungsstiftförmigen Schicht 52, um die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsstiftförmigen Schicht 52 festzulegen.
Jede der oberen Elektroden 42 hat eine lange schlanke Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen freien Schichten 54 zweier benachbarter MR-Elemente 10 her, die auf zwei unteren Elektroden 41 angeordnet sind, die in Längsrichtung der unteren Elektroden 41 benachbart sind. Es ist zu beachten, dass die Schichten 51 bis 54 des MR-Elements 10 in umgekehrter Reihenfolge wie in gestapelt werden können.
Als nächstes wird eine Methode zur Erzeugung des Detektionswertes Vs beschrieben. Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten, aus denen die MR-Elemente 10 bestehen, ebene Flächen sind, wird eine Richtung parallel zu den Oberflächen der Schichten und orthogonal zur X-Richtung als U-Richtung bezeichnet. Die der U-Richtung entgegengesetzte Richtung wird als -U-Richtung bezeichnet. Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten, wie oben beschrieben, ebene Flächen sind, befinden sich die MR-Elemente 10 auf dem ersten Seitenabschnitt SD1 in einer solchen Ausrichtung, dass die Oberflächen der Schichten schräg zur XY-Ebene liegen. Dadurch unterscheidet sich die U-Richtung von der Y- oder -Y-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die U-Richtung eine Richtung, die von der -Y-Richtung in Richtung der Z-Richtung um α. α einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° gedreht ist.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung des Zielmagnetfeldes MF. In wird die Position, an der das MR-Element 10 das Zielmagnetfeld MF detektiert, durch das Symbol P1 gekennzeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform stimmen Richtung und Stärke des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 mit denen des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition auf der Drehachse C überein (siehe ). Die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 dreht sich um die Position P1.
In wird eine gedachte Gerade, die durch die Position P1 verläuft und parallel zur Y-Richtung verläuft, durch das Symbol LY gekennzeichnet. Eine gedachte Gerade, die durch die Position P1 verläuft und parallel zur Z-Richtung ist, wird durch das Symbol LZ bezeichnet. Eine imaginäre gerade Linie, die durch die Position P1 verläuft und parallel zur U-Richtung ist, wird durch das Symbol LU bezeichnet. Das Zielmagnetfeld MF an der Position P1 kann in eine Komponente MF1 in einer Richtung parallel zur U-Richtung und eine Komponente MF2 in einer Richtung parallel zu einer Richtung senkrecht zur U-Richtung unterteilt werden.
ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definition eines Winkels zeigt, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bezugsrichtung die U-Richtung. Der Winkel, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 in Bezug auf die Bezugsrichtung, d.h. die U-Richtung, bildet, wird durch das Symbol dargestellt θ. Der Winkel θ wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn er im Uhrzeigersinn von der U-Richtung aus gesehen wird (siehe ). Der Winkel θ wird in negativen Werten ausgedrückt, wenn er entgegen dem Uhrzeigersinn von der U-Richtung aus gesehen wird ( ).
Die Richtung der Komponente MF1 ist die U-Richtung, wenn der Winkel in den Bereich von größer oder gleich 0° und kleiner als 90° oder in den Bereich von größer als 270° und kleiner oder gleich 360° fällt. Die Richtung der Komponente MF1 ist die -U-Richtung, wenn der Winkel θ in den Bereich von größer als 90° und kleiner als 270° fällt. Im Folgenden wird die Festigkeit der Komponente MF1 in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung der Komponente MF1 die U-Richtung ist. Die Festigkeit der Komponente MF1 wird in negativen Werten ausgedrückt, wenn die Richtung der Komponente MF1 die -U-Richtung ist.
In dem Magnetsensor 1 sind die Richtungen der Magnetisierung der Magnetisierungsstiftschichten 52 in den MR-Elementen 11 bis 14 und die Formanisotropie der freien Schichten 54 in den MR-Elementen 11 bis 14 so eingestellt, dass die Stärke der Komponente MF1 des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 kann erfasst werden. In 6 gibt der dicke Pfeil die Richtung der Magnetisierung in der mit Magnetisierung fixierten Schicht 52 an. Die X- und U-Richtungen sind in 6 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, sind die Richtungen der Magnetisierung in den mit Magnetisierung fixierten Schichten 52 in den MR-Elementen 11 und 13 sind die U-Richtung. Die Richtungen der Magnetisierung in den Magnetisierungsstiftschichten 52 in den MR-Elementen 12 und 14 sind die -U-Richtung. Die freie Schicht 54 weist eine Formanisotropie auf, so dass die Richtung der leichten Magnetisierungsachse parallel zur X-Richtung ist.
Wenn die Stärke des Bauteils MF1 0 ist, d.h. die Richtung des Zielmagnetfeldes MF orthogonal zur U-Richtung ist, sind die Magnetisierungsrichtungen in den freien Schichten 54 die X- oder -X-Richtung. Wenn die Stärke der Komponente MF1 einen positiven Wert hat, neigen sich die Magnetisierungsrichtungen in den freien Schichten 54 von der X- oder -X-Richtung zur U-Richtung. Infolgedessen nehmen die Widerstände der MR-Elemente 11 und 13 ab und die Widerstände der MR-Elemente 12 und 14 zu, verglichen damit, wenn die Stärke der Komponente MF1 0 ist. Hat die Stärke der Komponente MF1 dagegen einen negativen Wert, nehmen die Widerstände der MR-Elemente 11 und 13 zu und die Widerstände der MR-Elemente 12 und 14 ab, verglichen damit, wenn die Stärke der Komponente MF1 0 ist.
Eine Änderung der Stärke der Komponente MF1 bewirkt, dass sich die Widerstandswerte der MR-Elemente 11 bis 14 so ändern, dass die Widerstandswerte der MR-Elemente 11 und 13 zunehmen, während die Widerstandswerte der MR-Elemente 12 und 14 abnehmen, oder so, dass die Widerstandswerte der MR-Elemente 11 und 13 abnehmen, während die Widerstandswerte der MR-Elemente 12 und 14 zunehmen. Dies bewirkt eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen den Signalausgangsknoten E11 und E12. Der Differenzdetektor 21 gibt als Detektionssignal S1 ein Signal aus, das einer Potentialdifferenz zwischen den Signalausgangsknoten E11 und E12 entspricht. Das Detektionssignal S1 hat eine Entsprechung mit der Stärke der Komponente MF1. Die Stärke der Komponente MF1 hat eine Entsprechung mit der Richtung des Zielmagnetfeldes MF. Die Richtung des Zielmagnetfeldes MF entspricht einer relativen Position, oder insbesondere einer Drehposition, des Magnetfeldgenerators 5 in Bezug auf den Magnetsensor 1. Das Detektionssignal S1 hat also eine Entsprechung mit der Drehposition.
Die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 erzeugt den Detektionswert Vs auf der Grundlage des Detektionssignals S1. Die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 kann einen Wert erzeugen, der die Stärke des Bauteils MF1 als Detektionswert Vs angibt. Der Wert, der die Stärke der Komponente MF1 anzeigt, kann z.B. erzeugt werden, indem der Wert des Detektionssignals S1 durch das Verhältnis einer Änderung des Detektionssignals S1 zu einer Änderung der Stärke der Komponente MF1 geteilt wird.
Alternativ kann die Erfassungswerterzeugungsschaltung 22 einen Wert erzeugen, der den Winkel θ angibt, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 in Bezug auf die U-Richtung als Erfassungswert Vs im Bereich von größer oder gleich 0° und kleiner 180° bildet. In einem solchen Fall erzeugt die Erfassungswerterzeugungsschaltung 22 zunächst ein Normierungssignal S1c. Das Normierungssignal S1c ist ein Signal, das durch Normierung des Erfassungssignals S1 erzeugt wird, so dass das Erfassungssignal S1 einen Wert von 1 hat, wenn der Winkel θ 0° ist, und einen Wert von -1, wenn der Winkel θ 180° ist. Die Erfassungswerterzeugungsschaltung 22 erzeugt dann den Erfassungswert Vs unter Verwendung des Normierungssignals S1c durch die folgende Gl. (1): $Vs = acos (S1c)$
„acos“ steht für Arccosin.
Wie oben beschrieben, stimmen in der vorliegenden Ausführungsform Richtung und Stärke des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 mit denen des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition überein. Die Stärke der Komponente MF1 kann somit als die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition in der Richtung parallel zur U-Richtung betrachtet werden. Der Winkel θ, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position P1 in Bezug auf die U-Richtung bildet, kann als der Winkel angesehen werden, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition in Bezug auf die U-Richtung bildet.
In jedem der Fälle, in denen der Wert, der die Stärke des Bauteils MF1 angibt, als Erfassungswert Vs erzeugt wird und in denen der Wert, der den Winkel θ angibt, als Erfassungswert Vs erzeugt wird, hat der Erfassungswert Vs eine Entsprechung mit der relativen Position, oder insbesondere der Drehposition, des Magnetfeldgenerators 5 in Bezug auf den Magnetsensor 1.
Als nächstes wird die Konfiguration der Spule 30 näher beschrieben. Die Spule 30 enthält mindestens einen Leiterabschnitt. Das Magnetfeld der Spule umfasst ein Teilmagnetfeld, das von jedem der mindestens einen Leiterabschnitte erzeugt wird.
Der mindestens eine Leiterabschnitt befindet sich jeweils an einer solchen Position, dass das durch den Leiterabschnitt erzeugte Teilmagnetfeld an eines der mindestens einen MR-Elemente angelegt wird, das dem Leiterabschnitt entspricht. In der vorliegenden Ausführung enthält die Spule 30 vier Leiterabschnitte 31, 32, 33 und 34 als den mindestens einen Leiterabschnitt. Der Leiterabschnitt 31 entspricht dem MR-Element 11 und befindet sich an einer solchen Position, dass das von dem Leiterabschnitt 31 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 11 angelegt wird. Der Leiterabschnitt 32 entspricht dem MR-Element 12 und befindet sich an einer solchen Position, dass das von dem Leiterabschnitt 32 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 12 angelegt wird. Der Leiterabschnitt 33 entspricht dem MR-Element 13 und befindet sich an einer solchen Position, dass das von dem Leiterabschnitt 33 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 13 angelegt wird. Der Leiterabschnitt 34 entspricht dem MR-Element 14 und befindet sich an einer solchen Position, dass das von dem Leiterabschnitt 34 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 14 angelegt wird.
Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform alle Leiterabschnitte 31 bis 34 Teil der oberen Spulenabschnitte 30U. Die Leiterabschnitte 31 bis 34 werden nachstehend als obere Leiterabschnitte 31 bis 34 bezeichnet. Zum leichteren Verständnis sind die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 in 2 schraffiert gezeigt. Die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 befinden sich alle auf die Isolierschicht 67 (siehe 5). Die Isolierschicht 67 bedeckt die MR-Elemente 11 bis 14 und die obere Oberfläche 40a des Trägerelements 40.
Der obere Leiterteil 31 befindet sich an einer Stelle, an der das MR-Element 11 mit dem Trägerteil 40 sandwichartig angeordnet ist. Der obere Leiterteil 32 befindet sich an einer Stelle, an der das MR-Element 12 mit dem Stützelement 40 sandwichartig angeordnet werden kann. Der obere Leiterteil 33 befindet sich in einer Position, in der das MR-Element 13 mit dem Stützglied 40 sandwichartig angeordnet werden kann. Der obere Leiterabschnitt 34 befindet sich in einer Position, in der das MR-Element 14 mit dem Stützglied 40 sandwichartig angeordnet werden kann.
Die Spule 30 enthält ferner die unteren Leiterabschnitte 35, 36, 37 und 38. Die unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 sind andere Teile der Spule 30 als die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34. Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform alle unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 Teil der unteren Spulenabschnitte 30L, die sich auf der Unterseite 40b des Trägerteils 40 befinden. Zum besseren Verständnis sind die unteren Leiterteile 35 bis 38 in schraffiert dargestellt. Die unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 entsprechen dem „mindestens einen zweiten Leiterabschnitt“ nach der vorliegenden Erfindung.
Das Spulenmagnetfeld umfasst ferner Teilmagnetfelder, die von den jeweiligen unteren Leiterabschnitten 35 bis 38 erzeugt werden. Die von den jeweiligen unteren Leiterabschnitten 35 bis 38 erzeugten Teilmagnetfelder entsprechen dem „zweiten Teilmagnetfeld“ nach der vorliegenden Erfindung.
Der untere Leiterteil 35 entspricht dem MR-Element 11 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom unteren Leiterteil 35 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 11 angelegt wird. Der untere Leiterabschnitt 36 entspricht dem MR-Element 12 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom unteren Leiterabschnitt 36 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 12 angelegt wird. Der untere Leiterabschnitt 37 entspricht dem MR-Element 13 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom unteren Leiterabschnitt 37 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 13 angelegt wird. Der untere Leiterabschnitt 38 entspricht dem MR-Element 14 und befindet sich an einer solchen Position, dass das von dem unteren Leiterabschnitt 38 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 14 angelegt wird.
Der untere Leiterteil 35 befindet sich an einer Stelle, an der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 11 sandwichartig verbunden werden kann. Der untere Leiterabschnitt 36 befindet sich an einer Stelle, an der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 12 sandwichartig angeordnet werden kann. Der untere Leiterabschnitt 37 befindet sich an einer Stelle, an der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 13 sandwichartig angeordnet werden kann. Der untere Leiterabschnitt 38 befindet sich in einer Position, in der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 14 sandwichartig verbunden werden kann.
Nun wird die Form der oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 und der unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 unter Bezugnahme auf beschrieben. ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung der Form des oberen Leiterteils 31 und des unteren Leiterteils 35. In sind die Grenzen zwischen dem oberen Leiterteil 31 und den anderen Teilen des oberen Spulenteils 30U durch gestrichelte Linien dargestellt. In sind die Grenzen zwischen dem unteren Leiterteil 35 und den anderen Teilen des unteren Spulenteils 30L durch gestrichelte Linien dargestellt.
Der obere Leiterteil 31 erstreckt sich entlang einer imaginären Kurve L, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg vom MR-Element 11 vorsteht. In wird die imaginäre Kurve L durch eine doppelt gestrichelte gestrichelte Linie dargestellt, die durch das Symbol L gekennzeichnet ist. Die imaginäre Kurve L ist eine parallel zur YZ-Ebene verlaufende Kurve. In dem in gezeigten Beispiel bezieht sich die Richtung weg vom MR-Element 11 speziell auf eine Richtung, die von der Z-Richtung zur Y-Richtung um einen vorbestimmten Winkel größer als 0°und kleiner als 90° geneigt ist. Vom MR-Element 11 aus gesehen, krümmt sich die gedachte Kurve L so, dass sie in diese Richtung vorsteht. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 31 verläuft parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 11 bilden.
Der untere Leiterabschnitt 35 erstreckt sich entlang der Y-Richtung. Der untere Leiterteil 35 erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 11 bilden.
In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterteil 32 entlang einer imaginären Kurve, die so gekrümmt ist, dass sie in eine Richtung weg vom MR-Element 12 vorsteht. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 32 erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 12 bilden. In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterabschnitt 33 entlang einer imaginären Kurve, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg vom MR-Element 13 vorsteht. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 33 erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 13 bilden. In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterabschnitt 34 entlang einer imaginären Kurve, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg vom MR-Element 14 vorsteht. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 34 erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 14 bilden. Alle imaginären Kurven verlaufen parallel zur YZ-Ebene.
In ähnlicher Weise erstrecken sich alle unteren Leiterabschnitte 36 bis 38 entlang der Y-Richtung. Der untere Leiterabschnitt 36 verläuft nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, aus denen das MR-Element 12 besteht. Der untere Leiterabschnitt 37 erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 13 bilden. Der untere Leiterabschnitt 38 erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 14 bilden.
Die Funktion und Wirkung des Magnetsensors 1 nach der vorliegenden Ausführungsform soll nun beschrieben werden. In der vorliegenden Ausführungsform befinden sich die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 der Spule 30 jeweils an einer solchen Position, dass das vom Leiterabschnitt erzeugte Teilmagnetfeld an das dem Leiterabschnitt entsprechende MR-Element 10 angelegt wird. Darüber hinaus erstrecken sich die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 jeweils entlang einer imaginären Kurve, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg vom entsprechenden MR-Element 10 vorsteht. Nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Spule 30 somit ein Magnetfeld ausreichender Stärke an die MR-Elemente 10 anlegen. Dieser Effekt soll nun am Beispiel der Kombination aus dem oberen Leiterteil 31 und dem MR-Element 11 beschrieben werden.
In stellen mehrere gestrichelte Linien, die das MR-Element 11 und den oberen Spulenteil 30U überlappen, die magnetischen Kraftlinien dar, die dem durch den oberen Leiterteil 31 erzeugten Teilmagnetfeld entsprechen. Das Teilmagnetfeld wird um die Achse der Mittellinie des oberen Leiterabschnitts 31 herum erzeugt, die sich in der Erstreckungsrichtung des oberen Leiterabschnitts 31 erstreckt. Wie die imaginäre Kurve L ist die Mittellinie des oberen Leiterabschnitts 31 eine Kurve, die so gekrümmt ist, dass sie in der Richtung weg vom MR-Element 11 vorsteht. Da die Mittellinie des oberen Leiterabschnitts 31 eine solche Kurve ist, neigt sich das Teilmagnetfeld, das in der Nähe der beiden Längsenden des oberen Leiterabschnitts 31 erzeugt wird, in Richtung des MR-Elements 11. Wie in dargestellt, kann dadurch die Vielzahl der magnetischen Kraftlinien, die dem vom oberen Leiterteil 31 erzeugten Teilmagnetfeld entsprechen, auf das MR-Element 11 konzentriert werden. Dies erhöht die Stärke des an das MR-Element 11 angelegten Teilmagnetfeldes im Vergleich zu dem Fall, in dem die Mittellinie des oberen Leiterteils 31 eine gerade Linie oder eine Kurve ist, die so gekrümmt ist, dass sie in eine Richtung zum MR-Element 11 hin vorsteht, wenn ein Vergleich unter der Annahme vorgenommen wird, dass die Mittellage in der Ausdehnungsrichtung des oberen Leiterteils 31 gleich ist.
Die vorstehende Beschreibung der Kombination aus dem oberen Leiterteil 31 und dem MR-Element 11 gilt auch für die Kombination aus dem oberen Leiterteil 32 und dem MR-Element 12, die Kombination aus dem oberen Leiterteil 33 und dem MR-Element 13 und die Kombination aus dem oberen Leiterteil 34 und dem MR-Element 14. Nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Spule 30 somit ein Magnetfeld ausreichender Stärke an die MR-Elemente 10 anlegen.
Nach d er vorliegenden Ausführungsform kann die Stärke der an die MR-Elemente 10 angelegten Teilmagnetfelder wie oben beschrieben erhöht werden. Die Spule 30 kann somit auch dann ein Magnetfeld ausreichender Stärke an die MR-Elemente 10 anlegen, wenn die Höhe des durch die Spule 30 fließenden Stroms durch die Begrenzung des Magnetsensorsystems 100 begrenzt ist, so wie wenn der Messwerterzeugungskreis 22 und die Spule 30 eine gemeinsame Stromversorgung haben.
In der vorliegenden Ausführung umfasst die obere Fläche 40a des Stützelements 40, das die MR-Elemente 10 trägt, den gekrümmten Flächenabschnitt 40a1. Der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1 ist so gekrümmt, dass er in der Richtung weg von der unteren Fläche 40b des Stützelements 40 vorsteht. Der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1, der eine solche Form hat, kann zum Beispiel durch Abscheiden der Isolierschicht, die das Trägerelement 40 bildet, gebildet werden, so dass sich die Dicke der Isolierschicht an einer Vielzahl von verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung unterscheidet. Darüber hinaus enthält der Magnetsensor 1 die Isolierschichten 65 bis 67, die die MR-Elemente 10 und die obere Fläche 40a des Trägerteils 40 bedecken. Die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 befinden sich auf der Isolierschicht 67. Nach der vorliegenden Ausführungsform sind die Isolierschichten 65 bis 67 jeweils entlang des gekrümmten Oberflächenteils 40a1 ausgebildet. Die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 können dadurch so geformt werden, dass sie sich entlang des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1 erstrecken. Die gedachten Kurven, entlang denen sich die jeweiligen oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 wölben, krümmen sich also entlang des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Spule 30 ferner die unteren Leiterabschnitte 35 bis 38. In stellen eine Vielzahl von gestrichelten Linien, die das MR-Element 11 und den unteren Spulenteil 30L überlappen, die magnetischen Kraftlinien dar, die dem vom unteren Leiterteil 35 erzeugten Teilmagnetfeld entsprechen. Wie in dargestellt, wird das durch den unteren Leiterteil 35 erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 11 angelegt. Nach der vorliegenden Ausführungsform kann dadurch die Stärke des am MR-Element 11 angelegten Teilmagnetfeldes weiter erhöht werden. Die vorstehende Beschreibung der Kombination aus dem unteren Leiterteil 35 und dem MR-Element 11 gilt auch für die Kombination aus dem unteren Leiterteil 36 und dem MR-Element 12, die Kombination aus dem unteren Leiterteil 37 und dem MR-Element 13 sowie die Kombination aus dem unteren Leiterteil 38 und dem MR-Element 14. Nach der vorliegenden Ausführungsform kann somit durch die Spule 30 ein Magnetfeld noch höherer Stärke an die MR-Elemente 10 angelegt werden.
Übrigens wird in der vorliegenden Ausführungsform das von der Spule 30 erzeugte Spulenmagnetfeld verwendet, um die Richtungen der Magnetisierung der freien Schichten 54 in den MR-Elementen 10 auf eine vorbestimmte Richtung, dh die X- oder -X-Richtung, auszurichten Das Spulenmagnetfeld kann vorübergehend an die MR-Elemente 10 angelegt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Richtungen der Magnetisierung der freien Schichten 54 beim Starten der Verwendung des Magnetsensors 1 dadurch auf eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet werden.
[Modifikationsbeispiele]
Nun wird eine Beschreibung der ersten und zweiten Modifikationsbeispiele des Magnetsensors 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform gegeben. Zunächst wird ein erstes Modifikationsbeispiel des Magnetsensors 1 beschrieben. ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt des ersten Modifikationsbeispiels des Magnetsensors 1 zeigt. Im ersten Modifikationsbeispiel umfasst die obere Fläche 40a des Trägerelements 40 nicht den gekrümmten Flächenabschnitt 40a1, sondern ist eine ebene Fläche parallel zur XY-Ebene.
Im ersten Modifikationsbeispiel befinden sich die MR-Elemente 10 auf der Oberseite 40a des Stützträgers 40. Die unteren Elektroden 41 befinden sich zwischen den MR-Elementen 10 und dem Träger 40. Die unteren Flächen der MR-Elemente 10 und die Flächen der Schichten, aus denen die MR-Elemente 10 bestehen, sind ebene Flächen parallel zur XY-Ebene.
In dem ersten Modifikationsbeispiel hat die Isolierschicht 67 eine obere Oberfläche, die an einem Ende in der Z-Richtung angeordnet ist. Die Oberseite enthält einen gekrümmten Oberflächenabschnitt. Der gekrümmte Oberflächenabschnitt hat die gleiche Form wie der gekrümmte Oberflächenabschnitt 40a1 der oberen Oberfläche 40a des in 5 gezeigten Stützelements 40. Die Isolierschicht 67 hat eine solche Form, dass der gekrümmte Oberflächenabschnitt auf der oberen Oberfläche ausgebildet ist Insbesondere hat die Isolierschicht 67 eine Form der Ausbuchtung in Z-Richtung in einem gegebenen Querschnitt parallel zur YZ-Ebene.
In dem ersten Modifikationsbeispiel haben die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 und die unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 der Spule 30 die gleichen Formen wie in dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel. Die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 der Spule 30 erstrecken sich daher nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, aus denen die MR-Elemente 11 bis 14 bestehen. Andererseits erstrecken sich die unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 der Spule 30 teilweise parallel zu den Oberflächen der Schichten, aus denen die MR-Elemente 11 bis 14 bestehen.
Als nächstes wird ein zweites Modifikationsbeispiel für den Magnetsensor 1 unter Bezugnahme auf beschrieben. ist ein Schnittbild, das einen Querschnitt des zweiten Modifikationsbeispiels des Magnetsensors 1 zeigt. Das zweite Modifikationsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Modifikationsbeispiel in den folgenden Punkten. Im zweiten Modifikationsbeispiel enthält die obere Oberfläche der Isolierschicht 67 einen periodisch gekrümmten Oberflächenabschnitt, der sich periodisch krümmt. Die oberen Spulenabschnitte 30U der Spule 30 haben eine mäanderförmige Form entlang des periodisch gekrümmten Oberflächenabschnitts. Beachten Sie, dass die oberen Leiterabschnitte 31 bis 34, die Teil der oberen Spulenabschnitte 30U sind, jeweils die Anforderung erfüllen, sich entlang einer imaginären Kurvenkrümmung zu erstrecken, um in eine Richtung weg vom entsprechenden MR-Element 10 vorzustehen.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung soll nun beschrieben werden. Zunächst wird eine Konfiguration eines Magnetsensors nach der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Bilder 14 bis 18 beschrieben. Die Bilder 14 und 15 sind perspektivische Ansichten, die jeweils magnetoresistive Elemente und eine Spule des Magnetsensors entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigen. ist eine Draufsicht, die den Magnetsensor entsprechend der vorliegenden Ausführung zeigt. ist eine Schnittdarstellung, die einen Querschnitt des Magnetsensors entsprechend der vorliegenden Ausführung zeigt. ist ein Schaltplan, der die Schaltungsanordnung des Magnetsensors entsprechend der vorliegenden Ausführung zeigt.
Ein Magnetsensor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich vom Magnetsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Der Magnetsensor 101 enthält die vier MR-Elemente 15, 16, 17 und 18 als mindestens ein MR-Element zusätzlich zu den MR-Elementen 11 bis 14 gemäß der ersten Ausführungsform. Die MR-Elemente 15 bis 18 befinden sich zusammen mit den MR-Elementen 11 bis 14 auf dem gekrümmten Oberflächenabschnitt 40a1 der Oberseite 40a des Trägerteils 40. Insbesondere befinden sich alle MR-Elemente 15 bis 18 auf dem zweiten Seitenteil SD2 des gekrümmten Oberflächenteils 40a1. Untere Elektroden, die später beschrieben werden, sind zwischen den MR-Elementen 15 bis 18 und dem Stützelement 40 angeordnet.
Wie in dargestellt, sind die MR-Elemente 15 bis 18 in dieser Reihenfolge entlang der -X-Richtung an Positionen vor den MR-Elementen 11 bis 14 in der -Y-Richtung in einer Reihe angeordnet. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist die zweite Richtung eine parallel zur Y-Richtung verlaufende Richtung. Die MR-Elemente 11 und 15 befinden sich an Positionen, die symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zu einer XZ-Ebene liegen, die den Mittelpunkt des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1 in der zweiten Richtung schneidet. In ähnlicher Weise sind die MR-Elemente 12 und 16 an Positionen angeordnet, die symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zur XZ-Ebene sind. In ähnlicher Weise sind die MR-Elemente 13 und 17 an Positionen angeordnet, die symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zur XZ-Ebene sind. In ähnlicher Weise sind die MR-Elemente 14 und 18 an Positionen angeordnet, die symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zur XZ-Ebene sind.
Die MR-Elemente 15 bis 18 haben jeweils die gleiche Konfiguration wie die der MR-Elemente 11 bis 14. Konkret enthalten die MR-Elemente 15 bis 18 jeweils einen Stapel aus mehreren Schichten. Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten ebene Flächen sind, befinden sich die MR-Elemente 15 bis 18 jeweils auf dem zweiten Seitenteil SD2 in einer solchen Ausrichtung, dass die Oberflächen der Schichten schräg zur XY-Ebene verlaufen. Die MR-Elemente 15 bis 18 haben jeweils eine Bodenfläche, die dem Stützelement 40 gegenüberliegt. Die Bodenflächen der MR-Elemente 15 bis 18 sind gekrümmte Flächen, die entlang des gekrümmten Flächenteils 40a1 gekrümmt sind.
Der Magnetsensor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Mehrzahl von unteren Elektroden 41A, eine Mehrzahl von unteren Elektroden 41B, eine Mehrzahl von oberen Elektroden 42A und eine Mehrzahl von oberen Elektroden 42B anstelle der Mehrzahl von unteren Elektroden 41 und der Mehrzahl von oberen Elektroden 42 gemäß der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel sind die Elektroden 41A, 41B, 42A und 42B aus dem gleichen Material hergestellt wie die Elektroden 41 und 42 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41A und die Mehrzahl der oberen Elektroden 42A verbinden die MR-Elemente 11 bis 14 elektrisch miteinander. Die Form und Anordnung der Mehrzahl der unteren Elektroden 41A und der Mehrzahl der oberen Elektroden 42A sind die gleichen wie die der Mehrzahl der unteren Elektroden 41 und der Mehrzahl der oberen Elektroden 42 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41B und die Mehrzahl der oberen Elektroden 42B verbinden die MR-Elemente 15 bis 18 elektrisch miteinander. Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41B befindet sich auf der oberen Fläche 40a des Trägerelements 40. Die Mehrzahl der unteren Elektroden 41B auf der Oberseite 40a des Trägerelements 40 befindet sich hauptsächlich auf dem zweiten Seitenteil SD2 des gekrümmten Oberflächenteils 40a1. Die MR-Elemente 15 bis 18 befinden sich auf der Mehrzahl der unteren Elektroden 41B.
In der vorliegenden Ausführung befindet sich die Isolierschicht 65 auf der Oberseite 40a des Trägerelements 40, um die Vielzahl der unteren Elektroden 41A und die Vielzahl der unteren Elektroden 41B herum. Die Isolierschicht 66 befindet sich auf der Mehrzahl der unteren Elektroden 41A, der Mehrzahl der unteren Elektroden 41B und der Isolierschicht 65, um die MR-Elemente 11 bis 18 herum. Die Mehrzahl der oberen Elektroden 42A befindet sich auf den MR-Elementen 11 bis 14 und der Isolierschicht 66. Die Mehrzahl der oberen Elektroden 42B befinden sich auf den MR-Elementen 15 bis 18 und der Isolierschicht 66. Die Isolierschicht 67 befindet sich auf der Mehrzahl der oberen Elektroden 42A, der Mehrzahl der oberen Elektroden 42B und der Isolierschicht 66. In sind die Mehrzahl der unteren Elektroden 41A, die Mehrzahl der unteren Elektroden 41B, die Mehrzahl der oberen Elektroden 42A, die Mehrzahl der oberen Elektroden 42B und die Isolierschichten 65 bis 67 weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die MR-Elemente 11 bis 18 mit der Spule 30 integriert. Die Spule 30 ist um die MR-Elemente 11 bis 18 gewickelt. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die Spule 30 so gewickelt, dass an jedes der MR-Elemente 11 bis 18 ein Spulenmagnetfeld in X- oder -X-Richtung angelegt wird. Wenn beispielsweise ein Strom in einer Richtung vom ersten Ende 30a der Spule 30 zum zweiten Ende 30b der Spule 30 fließt, wird ein Spulenmagnetfeld in der -X-Richtung an die MR-Elemente 11, 13, 15 und 17 und ein Spulenmagnetfeld in der X-Richtung an die MR-Elemente 12, 14, 16 und 18 angelegt. In den und sind die oberen Spulenteile 30U der Spule 30 durch doppelt gestrichelte Linien dargestellt. In sind die unteren Spulenteile 30L der Spule 30 durch gestrichelte Linien dargestellt.
Wie in dargestellt, enthält der Magnetsensor 101 nach der vorliegenden Ausführungsform ferner einen Stromversorgungsknoten V2, zwei Signalausgangsknoten E21 und E22 sowie einen Differenzdetektor 23. Das MR-Element 15 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten V2 und dem Signalausgangsknoten E21 angeordnet. Das MR-Element 16 ist zwischen dem Signalausgangsknoten E21 und dem Masseknoten G1 angeordnet. Das MR-Element 17 ist zwischen dem Signalausgangsknoten E22 und dem Erdungsknoten G1 angeordnet. Das MR-Element 18 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten V2 und dem Signalausgangsknoten E22 angeordnet. Der Stromversorgungsknoten V2 wird wie der Stromversorgungsknoten V1 mit einer vorgegebenen Größe der Versorgungsspannung beaufschlagt. Der Differenzdetektor 23 gibt ein einer Potentialdifferenz zwischen den Signalausgangsknoten E21 und E22 entsprechendes Signal als Detektionssignal S2 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 einen Detektionswert Vs auf der Basis des Detektionssignals S1, das vom Differentialdetektor 21 ausgegeben wird, und des Detektionssignals S2, das vom Differentialdetektor 23 ausgegeben wird. Ein Verfahren zur Erzeugung des Detektionswerts Vs der vorliegenden Ausführungsform wird später beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Spule 30 acht obere Leiterabschnitte 31A, 32A, 33A, 34A, 31B, 32B, 33B und 34B sowie acht untere Leiterabschnitte 35A, 36A, 37A, 38A, 35B, 36B, 37B und 38B anstelle der oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 und der unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und 31B bis 34B entsprechen dem „mindestens einen Leiterabschnitt“ nach der vorliegenden Erfindung. Alle oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und 31B bis 34B sind Teil der oberen Spulenabschnitte 30U. Zum besseren Verständnis sind die oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und 31B bis 34B in schraffiert dargestellt. Die oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und 31B bis 34B befinden sich alle auf der Isolierschicht 67.
Die unteren Leiterabschnitte 35A bis 38A und 35B bis 38B entsprechen dem „mindestens einen zweiten Leiterabschnitt“ nach der vorliegenden Erfindung. Die unteren Leiterabschnitte 35A bis 38A und 35B bis 38B sind ein anderer Teil der Spule 30 als die oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und 31B bis 34B. Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform alle unteren Leiterabschnitte 35A bis 38A und 35B bis 38B Teil der unteren Spulenabschnitte 30L, die sich auf der Unterseite 40b des Trägerteils 40 befinden. Zum besseren Verständnis sind die unteren Leiterabschnitte 35A bis 38A und 35B bis 38B in schraffiert dargestellt.
Die Form und Anordnung der oberen Leiterabschnitte 31A bis 34A und der unteren Leiterabschnitte 35A bis 38A entsprechen der Form und Anordnung der oberen Leiterabschnitte 31 bis 34 und der unteren Leiterabschnitte 35 bis 38 gemäß der ersten Ausführungsform.
Der obere Leiterteil 31B entspricht dem MR-Element 15 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom oberen Leiterteil 31B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 15 angelegt wird. Der obere Leiterteil 32B entspricht dem MR-Element 16 und befindet sich an einer solchen Stelle, dass das vom oberen Leiterteil 32B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 16 angelegt wird. Der obere Leiterteil 33B entspricht dem MR-Element 17 und befindet sich an einer solchen Position, dass das durch den oberen Leiterteil 33B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 17 angelegt wird. Der obere Leiterteil 34B entspricht dem MR-Element 18 und befindet sich an einer solchen Position, dass das durch den oberen Leiterteil 34B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 18 angelegt wird.
Der obere Leiterteil 31B befindet sich an einer Stelle, an der das MR-Element 15 mit dem Trägerteil 40 sandwichartig angeordnet ist. Der obere Leiterteil 32B befindet sich an einer Stelle, an der das MR-Element 16 mit dem Stützglied 40 sandwichartig angeordnet werden kann. Der obere Leiterabschnitt 33B befindet sich in einer Position, in der das MR-Element 17 mit dem Stützglied 40 sandwichartig angeordnet ist. Der obere Leiterteil 34B befindet sich in einer Position, in der das MR-Element 18 mit dem Stützglied 40 sandwichartig angeordnet ist.
Der untere Leiterteil 35B entspricht dem MR-Element 15 und befindet sich an einer solchen Stelle, dass das vom unteren Leiterteil 35B erzeugte Teilmagnetfeld auf das MR-Element 15 wirkt. Der untere Leiterabschnitt 36B entspricht dem MR-Element 16 und befindet sich an einer solchen Stelle, dass das vom unteren Leiterabschnitt 36B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 16 angelegt wird. Der untere Leiterabschnitt 37B entspricht dem MR-Element 17 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom unteren Leiterabschnitt 37B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 17 angelegt wird. Der untere Leiterabschnitt 38B entspricht dem MR-Element 18 und befindet sich an einer solchen Position, dass das vom unteren Leiterabschnitt 38B erzeugte Teilmagnetfeld an das MR-Element 18 angelegt wird.
Der untere Leiterabschnitt 35B befindet sich an einer Stelle, an der das Trägerteil 40 mit dem MR-Element 15 sandwichartig angeordnet ist. Der untere Leiterabschnitt 36B befindet sich an einer Stelle, an der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 16 sandwichartig angeordnet werden kann. Der untere Leiterabschnitt 37B befindet sich in einer Position, in der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 17 sandwichartig angeordnet ist. Der untere Leiterabschnitt 38B befindet sich in einer Position, in der das Stützelement 40 mit dem MR-Element 18 sandwichartig angeordnet werden kann.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung der Form des oberen Leiterteils 31B und des unteren Leiterteils 35B. In sind die Grenzen zwischen dem oberen Leiterteil 31B und den anderen Teilen des oberen Spulenteils 30U durch gestrichelte Linien dargestellt. In sind die Grenzen zwischen dem unteren Leiterteil 35B und den anderen Teilen des unteren Spulenteils 30L durch gestrichelte Linien dargestellt.
Der obere Leiterteil 31B erstreckt sich entlang einer imaginären Kurve L, die sich so krümmt, dass sie in eine Richtung weg vom MR-Element 15 vorsteht. In wird die imaginäre Kurve L durch eine doppelt gestrichelte gestrichelte Linie dargestellt, die durch das Symbol L gekennzeichnet ist. Die imaginäre Kurve L ist eine parallel zur YZ-Ebene verlaufende Kurve. In dem in gezeigten Beispiel bezieht sich die Richtung weg vom MR-Element 15 speziell auf eine Richtung, die von der Z-Richtung zur -Y-Richtung um einen vorbestimmten Winkel größer als 0° und kleiner als 90° geneigt ist. Vom MR-Element 15 aus gesehen, krümmt sich die gedachte Kurve L, um in diese Richtung vorzustehen. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 31B verläuft parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 15 bilden. In stellen eine Vielzahl von gestrichelten Linien, die das MR-Element 15 und den oberen Spulenteil 30U überlappen, die magnetischen Kraftlinien dar, die dem vom oberen Leiterteil 31B erzeugten Teilmagnetfeld entsprechen.
Die unteren Leiterabschnitte 35B erstrecken sich entlang der Y-Richtung. Der untere Leiterabschnitt 35B erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 15 bilden. In stellen eine Vielzahl von gestrichelten Linien, die das MR-Element 15 und den unteren Spulenteil 30L überlappen, die magnetischen Kraftlinien dar, die dem vom unteren Leiterteil 35B erzeugten Teilmagnetfeld entsprechen.
In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterteil 32B entlang einer imaginären Kurve, die sich so krümmt, dass sie in einer Richtung weg vom MR-Element 16 vorsteht. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 32B erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 16 bilden. In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterabschnitt 33B entlang einer imaginären Krümmung, um in einer Richtung weg vom MR-Element 17 vorzustehen. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 33B erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 17 bilden. In ähnlicher Weise erstreckt sich der obere Leiterabschnitt 34B entlang einer imaginären Krümmung, um in einer Richtung weg vom MR-Element 18 vorzustehen. Ein Teil des oberen Leiterabschnitts 34B erstreckt sich parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 18 bilden. Alle imaginären Kurven verlaufen parallel zur YZ-Ebene.
In ähnlicher Weise erstrecken sich alle unteren Leiterabschnitte 36B bis 38B entlang der Y-Richtung. Der untere Leiterabschnitt 36B verläuft nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 16 bilden. Der untere Leiterabschnitt 37B erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 17 bilden. Der untere Leiterabschnitt 38B erstreckt sich nicht parallel zu den Oberflächen der Schichten, die das MR-Element 18 bilden.
Als nächstes wird eine Methode zur Erzeugung des Detektionswertes Vs der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei der Beschreibung eines der MR-Elemente 11 bis 14 wird das MR-Element im Folgenden mit der Kennziffer 10A bezeichnet. Bei der Beschreibung eines der MR-Elemente 15 bis 18 wird das MR-Element mit der Kennziffer 10B bezeichnet. Das MR-Element 10A wird als ein erstes MR-Element 10A und das MR-Element 10B als ein zweites MR-Element 10B bezeichnet. Das erste MR-Element 10A entspricht dem MR-Element 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten, die die ersten MR-Elemente 10A bilden, ebene Flächen sind, wird eine Richtung parallel zu den Oberflächen der Schichten und orthogonal zur X-Richtung als V-Richtung bezeichnet. Die der V-Richtung entgegengesetzte Richtung wird als -V-Richtung bezeichnet. Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten ebene Flächen sind, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, befinden sich die ersten MR-Elemente 10A auf dem ersten Seitenteil SD1 in einer solchen Orientierung, dass die Oberflächen der Schichten schräg zur XY-Ebene stehen. Dadurch unterscheidet sich die V-Richtung von der Y- oder -Y-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die V-Richtung eine Richtung, die von der Y-Richtung in die -Z-Richtung um α gedreht ist. α einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 90°.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung eines Zielmagnetfeldes MF für das erste nachzuweisende MR-Element 10A. In ist die Position, an der das erste MR-Element 10A das Zielmagnetfeld MF detektiert, durch das Symbol Pa gekennzeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform stimmen Richtung und Stärke des Zielmagnetfeldes MF an der Position Pa mit denen des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition auf der Rotationsachse C überein (siehe ). Die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position Pa dreht sich um die Position Pa. Das Zielmagnetfeld MF an der Position Pa wird nachfolgend mit dem Symbol MFa bezeichnet.
In wird eine imaginäre Gerade, die durch die Position Pa verläuft und parallel zur Y-Richtung verläuft, durch das Symbol LYa gekennzeichnet. Eine imaginäre Gerade, die durch die Position Pa verläuft und parallel zur Z-Richtung ist, wird mit dem Symbol LZa bezeichnet. Eine imaginäre gerade Linie, die durch die Position Pa verläuft und parallel zur V-Richtung ist, wird mit dem Symbol LV bezeichnet.
In dem Magnetsensor 101 sind die Richtungen der Magnetisierung der Magnetisierungsstiftschichten 52 in den MR-Elementen 11 bis 14 und die Formanisotropie der freien Schichten 54 in den MR-Elementen 11 bis 14 so eingestellt, dass die Stärke der Komponente von Das Zielmagnetfeld MFa in Richtung parallel zur V-Richtung kann erfasst werden. In 18 geben die dicken Pfeile die Richtungen der Magnetisierung in den mit Magnetisierung fixierten Schichten 52 an. Die X- und V-Richtungen sind in 18 gezeigt. Wie in 18 gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Richtungen der Magnetisierung der Magnetisierungsstifte 52 in den MR-Elementen 11 und 13 sind die V-Richtung. Die Richtungen der Magnetisierung der Magnetisierungsstiftschichten 52 in den MR-Elementen 12 und 14 sind die -V-Richtung. Die freien Schichten 54 weisen eine Formanisotropie auf, so dass die Richtung der leichten Magnetisierungsachse parallel zur X-Richtung ist.
Wie in gezeigt, kann das Zielmagnetfeld MFa als zusammengesetztes Magnetfeld aus einem Magnetfeld MFay in einer Richtung parallel zur Y-Richtung und einem Magnetfeld MFaz in einer Richtung parallel zur Z-Richtung betrachtet werden. Die MR-Elemente 11 bis 14 erfassen jeweils ein zusammengesetztes Magnetfeld aus einer Komponente des Magnetfeldes MFay in einer zur V-Richtung parallelen Richtung und einer Komponente des Magnetfeldes MFaz in einer zur V-Richtung parallelen Richtung. Eine Komponente in der zur V-Richtung parallelen Richtung wird im folgenden als V-Komponente bezeichnet. Das zusammengesetzte Magnetfeld aus der V-Komponente des Magnetfeldes MFay und der V-Komponente des Magnetfeldes MFaz wird als ein erstes zusammengesetztes Magnetfeld bezeichnet. Der Differentialdetektor 21 gibt ein Signal aus, das mit der Stärke des ersten zusammengesetzten Magnetfeldes als Detektionssignal S1 übereinstimmt.
Die Stärke des ersten zusammengesetzten Magnetfeldes ist gleich der Summe der Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFay und der Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFaz. Hier wird die Stärke des Magnetfeldes MFay durch das Symbol By und die Stärke des Magnetfeldes MFaz durch das Symbol Bz bezeichnet. Die Stärke By wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung des Magnetfeldes MFay die Y-Richtung ist, und in negativen Werten, wenn die Richtung des Magnetfeldes MFay die -Y-Richtung ist. Die Stärke Bz wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung des Magnetfeldes MFaz die Z-Richtung ist, und in negativen Werten, wenn die Richtung des Magnetfeldes MFaz die -Z-Richtung ist. Das Verhältnis einer Änderung des Erfassungssignals S1 zu einer Änderung der Stärke des ersten zusammengesetzten Magnetfeldes wird durch das Symbol Sa angegeben. Das Detektionssignal S1 wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt: $S 1 = Sa * (By * cos α - Bz * sin α)$
Die Stärke einer V-Komponente wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung der V-Komponente die V-Richtung ist, und in negativen Werten, wenn die Richtung der V-Komponente die -V-Richtung ist. Das positive oder negative Vorzeichen der Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFay fällt mit dem der Stärke By des Magnetfeldes MFay zusammen. Im Gegensatz dazu ist das positive oder negative Vorzeichen der Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFaz entgegengesetzt zu dem der Stärke Bz des Magnetfeldes MFaz. In Gl. (2) wird daher die Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFay als „By*cos α‟ und die Stärke der V-Komponente des Magnetfeldes MFaz als „-Bz*sin α‟ ausgedrückt.
Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten, die die zweiten MR-Elemente 10B bilden, ebene Flächen sind, wird eine Richtung parallel zu den Oberflächen der Schichten und orthogonal zur X-Richtung als W-Richtung bezeichnet. Die der W-Richtung entgegengesetzte Richtung wird als -W-Richtung bezeichnet. Unter der Annahme, dass die Oberflächen der Schichten ebene Flächen sind, wie oben beschrieben, befinden sich die zweiten MR-Elemente 10B auf dem zweiten Seitenteil SD2 in einer solchen Ausrichtung, dass die Oberflächen der Schichten schräg zur XY-Ebene liegen. Dadurch unterscheidet sich die W-Richtung von der Y- oder -Y-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die W-Richtung eine Richtung, die von der Y-Richtung zur Z-Richtung um α gedreht ist.
ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung eines Zielmagnetfeldes MF für das zweite zu detektierende MR-Element 10B. In ist die Position, an der das zweite MR-Element 10B das Zielmagnetfeld MF detektiert, durch das Symbol Pb gekennzeichnet. In der vorliegenden Darstellung stimmen Richtung und Stärke des Zielmagnetfeldes MF an der Position Pb mit denen des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition auf der Rotationsachse C überein. Die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Position Pb rotiert um die Position Pb. Das Zielmagnetfeld MF an der Position Pb wird nachfolgend mit dem Symbol MFb bezeichnet.
In wird eine imaginäre Gerade, die durch die Position Pb verläuft und parallel zur Y-Richtung verläuft, durch das Symbol LYb gekennzeichnet. Eine gedachte Gerade, die durch die Position Pb verläuft und parallel zur Z-Richtung ist, wird mit dem Symbol LZb bezeichnet. Eine imaginäre gerade Linie, die durch die Position Pb verläuft und parallel zur W-Richtung ist, wird durch das Symbol LW bezeichnet.
Im Magnetsensor 101 werden die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Pinningschichten 52 in den MR-Elementen 15 bis 18 und die Formanisotropie der freien Schichten 54 in den MR-Elementen 15 bis 18 so eingestellt, dass die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MFb in der Richtung parallel zur W-Richtung erfasst werden kann. Die X- und W-Richtung sind in dargestellt. Der Einfachheit halber sind in die W-Richtung und die V-Richtung durch den gleichen Pfeil gekennzeichnet. Wie in dargestellt, sind in der vorliegenden Darstellung die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Pinningschichten 52 in den MR-Elementen 15 und 17 die W-Richtung. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Pinningschichten 52 in den MR-Elementen 16 und 18 sind die -W-Richtung. Die freie Schicht 54 hat eine solche Formanisotropie, dass die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur X-Richtung verläuft.
Wie in dargestellt, kann das Zielmagnetfeld MFb als ein zusammengesetztes Magnetfeld aus einem Magnetfeld MFby in einer Richtung parallel zur Y-Richtung und einem Magnetfeld MFbz in einer Richtung parallel zur Z-Richtung betrachtet werden. Die MR-Elemente 15 bis 18 erfassen jeweils ein zusammengesetztes Magnetfeld aus einer Komponente des Magnetfeldes MFby in einer zur W-Richtung parallelen Richtung und einer Komponente des Magnetfeldes MFbz in einer zur W-Richtung parallelen Richtung. Eine Komponente in der zur W-Richtung parallelen Richtung wird im Folgenden als W-Komponente bezeichnet. Das zusammengesetzte Magnetfeld aus der W-Komponente des Magnetfeldes MFby und der W-Komponente des Magnetfeldes MFbz wird als ein zweites zusammengesetztes Magnetfeld bezeichnet. Der Differentialdetektor 23 gibt ein Signal aus, das mit der Stärke des zweiten zusammengesetzten Magnetfeldes als Detektionssignal S2 übereinstimmt.
Die Stärke des zweiten zusammengesetzten Magnetfeldes ist gleich der Summe der Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFby und der Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFbz. Sowohl die Stärke des Zielmagnetfeldes MFb als auch die Stärke des Zielmagnetfeldes MFa sind gleich der Stärke des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition. Die Stärke des Magnetfeldes MFby ist somit dieselbe wie die des Magnetfeldes MFay, und die Stärke des Magnetfeldes MFbz ist dieselbe wie die des Magnetfeldes MFaz. Wie die Stärke des Magnetfeldes MFay wird daher auch die Stärke des Magnetfeldes MFby durch das Symbol By angegeben. Wie die Stärke des Magnetfeldes MFaz wird die Stärke des Magnetfeldes MFbz durch das Symbol Bz bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des Detektionssignals S2 zu einer Änderung der Stärke des zweiten zusammengesetzten Magnetfeldes wird mit dem Symbol Sb bezeichnet. Das Detektionssignal S2 wird durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt: $S2 = Sb * (By * cos α - Bz * sin α)$
Die Stärke der W-Komponente wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung der W-Komponente die W-Richtung ist, und in negativen Werten, wenn die Richtung der W-Komponente die -W-Richtung ist. Das positive oder negative Vorzeichen der Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFby fällt mit dem der Stärke By des Magnetfeldes MFby zusammen. Das positive oder negative Vorzeichen der Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFbz fällt auch mit dem der Stärke Bz des Magnetfeldes MFbz zusammen. In Gl. (3) wird daher die Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFby als „By*cos a“ und die Stärke der W-Komponente des Magnetfeldes MFbz als „Bz*sin α“ ausgedrückt.
In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 den Detektionswert Vs auf der Basis der Detektionssignale S1 und S2. Die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 kann den Winkel, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF an der Referenzposition mit der Z-Richtung bildet, als Detektionswert Vs bestimmen. Dieser Winkel wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung des Zielmagnetfeldes MF von der Z-Richtung in die Y-Richtung kippt, und in negativen Werten, wenn die Richtung des Zielmagnetfeldes MF von der Z-Richtung in die -Y-Richtung kippt. In einem solchen Fall berechnet die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 zunächst die Werte Bys und Bzs auf der Grundlage der Detektionssignale S1 und S2. Der Wert Bys gibt die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MF in der Richtung parallel zur Y-Richtung an der Referenzposition an. Der Wert Bzs gibt die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MF in der Richtung parallel zur Z-Richtung an der Referenzposition an.
Die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MF in Y-Richtung an der Referenzposition ist gleich der Stärke By des Magnetfeldes MFay oder MFby. Nehmen wir an, dass das Verhältnis Sa einer Änderung des Erfassungssignals S1 zu einer Änderung der Stärke des ersten zusammengesetzten Magnetfeldes und das Verhältnis Sb einer Änderung des Erfassungssignals S2 zu einer Änderung der Stärke des zweiten zusammengesetzten Magnetfeldes gleich sind. Indem sowohl Sa in Gl. (2) als auch Sb in Gl. (3) durch Sc ersetzt werden, ergeben Gl. (2) und (3) die Stärke By, ausgedrückt durch die folgende Gl. (4): $Durch = (S 2 + S 1) / (2 Sc * cos α)$
Zum Beispiel berechnet die Schaltung zur Erzeugung des Erkennungswertes 22 den Wert Bys unter Verwendung der rechten Seite von Gl. (4). Sc wird im Voraus bestimmt.
Die Stärke der Komponente des Zielmagnetfeldes MF in Z-Richtung an der Referenzposition ist gleich der Stärke Bz des Magnetfeldes MFaz oder MFbz. Wie Gl. (4) durch Ersetzen von Sa in Gl. (2) und Sb in Gl. (3) durch Sc ergibt Gl. (2) und (3) die durch die folgende Gl. (5) ausgedrückte Stärke Bz: $Bz = (S 2 - S 1) / (2 Sc * sin α)$
Zum Beispiel berechnet die Schaltung zur Erzeugung des Erkennungswertes 22 den Wert Bzs unter Verwendung der rechten Seite von Gl.
Die Erfassungswertgeneratorschaltung 22 bestimmt dann den Winkel, den die Richtung des Zielmagnetfeldes MF in Bezug auf die Z-Richtung bildet, als Erfassungswert Vs unter Verwendung der Werte Bys und Bzs. Konkret erzeugt z.B. die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 den Detektionswert Vs durch die folgende Gl: $\begin{array}{l} Vs = 90 ° - atan (Bzs/Bys) \\ = 90 ° - θ s \end{array}$
„atan“ steht für Arcustangens.
Für θs im Bereich von 0° bis weniger als 360° gibt Gl. (6) zwei Lösungen von θs an, die um 180° verschiedene Werte haben. Welche der beiden Lösungen von θs in Gl. (6) der wahre Wert von θs ist, kann entsprechend der Kombination der Vorzeichen von Bys und Bzs bestimmt werden. Die Schaltung zur Erzeugung des Nachweiswertes 22 bestimmt θs im Bereich von 0° bis weniger als 360° nach Gl. (6) und die Bestimmung über die Kombination der Vorzeichen von Bys und Byz.
Die Konfiguration, die Funktionsweise und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationsbeispiele angeführt werden. Die Form und Anordnung des mindestens einen Leiterteils der Spule 30 ist nicht auf die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Beispiele beschränkt und kann frei bestimmt werden, solange die in den Ansprüchen dargelegten Anforderungen erfüllt sind. Zum Beispiel kann sich ein Leiterabschnitt, der sich auf der Unterseite 40b des Trägerelements 40 befindet, entlang einer imaginären Kurve erstrecken, die so gekrümmt ist, dass sie in eine Richtung weg vom entsprechenden MR-Element vorsteht.
Die obere Fläche 40a des Stützelements 40 kann eine Vielzahl von gekrümmten Flächenabschnitten enthalten. Die mehreren gekrümmten Oberflächenabschnitte haben jeweils die gleiche Form wie die des gekrümmten Oberflächenabschnitts 40a1. Die Mehrzahl der gekrümmten Oberflächenabschnitte kann so angeordnet werden, dass sie in Y-Richtung ausgerichtet sind. In einem solchen Fall können sich die MR-Elemente auf der jeweiligen Vielzahl von gekrümmten Oberflächenabschnitten befinden.
Die Erfassungswerterzeugungsschaltung 22 des Magnetsensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann einen Wert erzeugen, der die Stärke einer Komponente des Zielmagnetfeldes MF in einer Richtung parallel zur Z-Richtung als Erfassungswert Vs. Die Detektionswerterzeugungsschaltung 22 des Magnetsensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann einen Satz von Werten Bys und Bzs als Detektionswert Vs erzeugen.
Offensichtlich sind viele Modifikationsbeispiele und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es ist also davon auszugehen, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente in anderen Ausführungsformen als den vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsformen praktiziert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017072375 A [0005, 0006]

Claims

Ein Magnetsensor (1; 101), umfassend: mindestens ein magnetoresistives Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), dessen Widerstand sich mit einem externen Magnetfeld ändert; und eine Spule (30), die ein Spulenmagnetfeld erzeugt, wobei das Spulenmagnetfeld ein Magnetfeld ist, das an das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) anzulegen ist, wobei die Spule (30) mindestens einen Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) aufweist, das Spulenmagnetfeld ein Teilmagnetfeld enthält, das von jedem der mindestens einen Leiterabschnitte (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) erzeugt wird, und der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich jeweils an einer solchen Position befindet, dass das durch den Leiterabschnitt erzeugte Teilmagnetfeld an eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14) angelegt wird; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), das dem Leiterabschnitt entspricht, angelegt wird und sich entlang einer imaginären Kurve (L) erstreckt, die so gekrümmt ist, dass sie in einer Richtung weg von dem entsprechenden magnetoresistiven Element hervorsteht.
Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Trägerelement (40), das das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) trägt, wobei das Trägerelement (40) eine obere Fläche (40a), die dem mindestens einen magnetoresistiven Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) gegenüberliegt, und eine untere Fläche (40b), die sich auf einer der oberen Fläche (40a) gegenüberliegenden Seite befindet, aufweist.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 2, wobei: die obere Oberfläche (40a) des Stützelements (40) einen gekrümmten Oberflächenabschnitt (40a1) aufweist, der so gekrümmt ist, dass er in einer Richtung weg von der unteren Oberfläche (40b) des Stützelements (40) hervorsteht; und das mindestens eine magnetoresistive Element sich auf dem gekrümmten Oberflächenabschnitt (40a1) befindet.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 3, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils eine Bodenfläche gegenüber dem Stützglied (40) aufweist; und die Bodenfläche jedes des mindestens einen magnetoresistiven Elements (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) eine gekrümmte Oberfläche ist, die sich entlang des gekrümmten Oberflächenabschnitts (40a1) krümmt.
Der Magnetsensor (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei: der gekrümmte Oberflächenabschnitt (40a1) der oberen Oberfläche (40a) des Stützelements (40) einen Mittelabschnitt (C1), der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt und in einer Mitte des gekrümmten Oberflächenabschnitts (40a1) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung angeordnet ist, und einen ersten Seitenabschnitt (SD1) und einen zweiten Seitenabschnitt (SD2), die auf beiden Seiten des Mittelabschnitts (C1) in der zweiten Richtung angeordnet sind, umfasst; der erste Seitenabschnitt (SD1) und der zweite Seitenabschnitt (SD2) zwei gekrümmte Schrägen sind, die sich an Positionen befinden, die näher an der Bodenfläche (40b) des Stützelements (40) als der Mittelabschnitt (C1) liegen, und ein Abstand dazwischen zur Bodenfläche (40b) des Stützelements (40) hin zunimmt; und das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14) sich auf dem ersten Seitenteil (SD1) befindet.
Der Magnetsensor (101) nach Anspruch 3 oder 4, wobei: der gekrümmte Oberflächenabschnitt (40a1) der oberen Oberfläche (40a) des Stützelements (40) einen Mittelabschnitt (C1), der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt und in einer Mitte des gekrümmten Oberflächenabschnitts (40a1) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung angeordnet ist, und einen ersten Seitenabschnitt (SD1) und einen zweiten Seitenabschnitt (SD2), die auf beiden Seiten des Mittelabschnitts (C1) in der zweiten Richtung angeordnet sind, umfasst; der erste Seitenabschnitt (SD1) und der zweite Seitenabschnitt (SD2) zwei gekrümmte Schrägen sind, die sich an Positionen befinden, die näher an der Bodenfläche (40b) des Stützelements (40) als der Mittelabschnitt (C1) liegen, und ein Abstand dazwischen zur Bodenfläche (40b) des Stützelements (40) hin zunimmt; und das mindestens eine magnetoresistive Element (10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) mindestens ein erstes magnetoresistives Element (10A, 11, 12, 13, 14), das sich auf dem ersten Seitenabschnitt (SD1) befindet, und mindestens ein zweites magnetoresistives Element (10B, 15, 16, 17, 18), das sich auf dem zweiten Seitenabschnitt (SD2) befindet, umfasst.
Magnetsensor (1; 101) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei sich der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) in einer Position befindet, so dass der Leiterabschnitt sandwichartig mit dem mindestens einen magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und dem Trägerelement (40) angeordnet ist.
Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 7, ferner mit einer Isolierschicht (65, 66, 67), die das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und die obere Fläche (40a) des Trägerelements (40) bedeckt, wobei der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich auf der Isolierschicht (65, 66, 67) befindet.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 7 oder 8, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils einen Stapel aus einer Vielzahl von Schichten enthält; und der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich jeweils teilweise parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, das dem Leiterabschnitt entspricht.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 7 oder 8, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils einen Stapel aus einer Vielzahl von Schichten enthält; und der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich jeweils teilweise nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, das dem Leiterabschnitt entspricht.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 7 oder 8, wobei: die Spule (30) ferner mindestens einen zweiten Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) aufweist; der mindestens eine zweite Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) ein anderer Teil der Spule (30) ist als der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B); das Spulenmagnetfeld ferner ein zweites Teilmagnetfeld enthält, das von jedem der mindestens einen zweiten Leiterabschnitte (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) erzeugt wird; der mindestens eine zweite Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) sich auf der Seite der Bodenfläche (40b) des Trägerelements (40) befindet; und der mindestens eine zweite Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) sich jeweils an einer solchen Position befindet, dass das zweite Teilmagnetfeld, das durch den zweiten Teilabschnitt erzeugt wird, an eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), das dem zweiten Leiterabschnitt entspricht, angelegt wird.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 11, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils einen Stapel aus einer Vielzahl von Schichten enthält; der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich jeweils teilweise parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, das dem Leiterabschnitt entspricht; und der mindestens eine zweite Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B) sich jeweils nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, das dem zweiten Leiterabschnitt entspricht.
Der Magnetsensor (1; 101) nach Anspruch 11, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils einen Stapel aus einer Vielzahl von Schichten enthält; der mindestens eine Leiterabschnitt (31, 32, 33, 34; 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B) sich jeweils nicht parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, und zwar dasjenige, das dem Leiterabschnitt entspricht; und der mindestens eine zweite Leiterabschnitt (35, 36, 37, 38; 35A, 35B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B), sich jeweils teilweise parallel zu Oberflächen der Schichten erstreckt, die eines der mindestens einen magnetoresistiven Elemente (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) bilden, und zwar dasjenige, das dem zweiten Leiterabschnitt entspricht.
Der Magnetsensor (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei: das mindestens eine magnetoresistive Element (10, 11, 12, 13, 14; 10A, 10B, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) jeweils eine magnetisierungsfixierte Schicht (52) mit einer ersten Magnetisierung, deren Richtung fest ist, und eine freie Schicht (54) mit einer zweiten Magnetisierung, deren Richtung mit dem äußeren Magnetfeld veränderbar ist, aufweist; und das Magnetfeld der Spule dazu vorgesehen ist, die Richtung der zweiten Magnetisierung der freien Schicht (54) in eine vorbestimmte Richtung zu orientieren.