DE112010005280T5 - Magnetische Positionserfassungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung (10) weist folgendes auf: einen Magneten (4); ein erstes, zweites, drittes und viertes magnetoelektrisches Umwandlungselement (1A bis 1D), die auf einer virtuellen Ebene entlang eines Substrats (3) gebildet sind; sowie eine Flussführung (5), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist. Die Flussführung (5) weist einen ersten und einen zweiten Vorsprung (9B, 9A) auf, die in der zu der virtuellen Ebene parallelen X-Achsen-Richtung in einem Abstand voneinander vorgesehen sind. Bei Betrachtung in der zu der virtuellen Ebene senkrechten Z-Achsen-Richtung ist ein mit einer konkaven Formgebung vertieft ausgebildeter zentraler Bereich (MP) in der Flussführung (5) in einem mittleren Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung vorgesehen. Das erste und das vierte magnetoelektrische Umwandlungselement (1A und 1D) sind etwa in dem mittleren Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung vorgesehen, so dass sie bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung einen Teil des zentralen Bereichs (MP) bedecken. Das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1B) ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem ersten Vorsprung (9B) und dem zentralen Bereich (MP) vorgesehen. Das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1B) ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem zweiten Vorsprung (9A) und dem zentralen Bereich (MP) vorgesehen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung zum magnetischen Detektieren einer Bewegung eines sich bewegenden magnetischen Körpers.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist eine Erfassungsvorrichtung bekannt, die die Rotationsposition eines sich bewegenden magnetischen Körpers unter Verwendung eines Magneten und eines magnetoelektrischen Umwandlungselements erfasst. Unter dem vorliegend genannten magnetoelektrischen Umwandlungselement ist ein Element mit einem Widerstandswert zu verstehen, der sich in Abhängigkeit von dem angelegten Magnetfeld ändert, wie z. B. ein MR-(Magnetowiderstands-)Element, ein GMR-Element (ein Element mit Riesen-Magnetowiderstand) und ein TMR-(Tunnel-Magnetowiderstands-)Element.
  • Beispielsweise beinhaltet die in der JP-A-2004-109 113 (Patentliteratur 1) offenbarte magnetische Positionserfassungsvorrichtung eine Verarbeitungsschaltungseinheit und einen Magneten. Die Verarbeitungsschaltungseinheit ist über und im Abstand von einer Ebene eines sich bewegenden magnetischen Körpers angeordnet, der sich in Umfangsrichtung rotationsmäßig bewegt und einen peripheren Randbereich aufweist, der mit einer Vielzahl von radial vorstehenden Vorsprüngen versehen ist.
  • Die Verarbeitungsschaltungseinheit beinhaltet eine Brückenschaltung, die das erste Magnetowiderstandssegment und das zweite Magnetowiderstandssegment besitzt. Der Magnet beaufschlagt das erste und das zweite Magnetowiderstandselement mit einem Magnetfeld und beaufschlagt ferner auch den sich bewegenden magnetischen Körper mit einem Magnetfeld in der Richtung der Rotationsachsenlinie des sich bewegenden magnetischen Körpers. Das zweite Magnetowiderstandssegment ist in der Richtung der Rotationsachsenlinie betrachtet etwa auf der Mittellinie in der Breitendimension in Umfangsrichtung des Magneten angeordnet.
  • Das erste Magnetowiderstandssegment ist auf der Seite angeordnet, auf die der sich bewegende magnetische Körper in bezug auf das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement verlagert wird. Die Verarbeitungsschaltungseinheit ermittelt ein Differenz-/Ausgangssignal aus den Ausgängen des ersten Magnetowiderstandssegments und des zweiten Magnetowiderstandssegments.
  • Bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung, wie sie in der vorgenannten Literaturstelle offenbart ist, ist ferner eine aus einem magnetischen Material hergestellte Flussführung zwischen der Verarbeitungsschaltungseinheit und dem Magneten vorgesehen. Die Flussführung weist ein Paar einander zugewandte und in Umfangsrichtung des sich bewegenden magnetischen Körpers voneinander beabstandete Vorsprünge auf.
  • Das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement ist etwa auf der Mittellinie zwischen dem Paar der Vorsprünge angeordnet. Das erste magnetoelektrische Umwandlungselement ist auf der Seite von einem der Vorsprünge angeordnet.
  • LISTE DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP-A-2004-109 113
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Bei der herkömmlichen magnetischen Positionserfassungsvorrichtung, wie sie in der vorgenannten JP-A-2004-109 113 (Patentliteratur 1) offenbart ist, zeigt jedes von zwei eine Brückenschaltung bildenden magnetoelektrischen Umwandlungselementen einen Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von dem angelegten Magnetfeld ändert.
  • Somit kann die Rotationsposition des sich bewegenden magnetischen Körpers unter Nutzung der Eigenschaft detektiert werden, dass der Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement dem Vorsprung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, und dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, unterschiedlich ist.
  • Zum Erzielen eines erwünschten Ausgangssignals von der Brückenschaltung auch dann, wenn die Distanz zwischen dem sich bewegenden magnetischen Körper und der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung relativ groß wird, ist es notwendig, die Differenz von dem an das magnetoelektrische Umwandlungselement angelegten Magnetfeld zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das magnetoelektrische Umwandlungselement dem Vorsprung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, und dem Zeitpunkt, zu dem das magnetoelektrische Umwandlungselement der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, zu vergrößern.
  • Da das magnetoelektrische Umwandlungselement, wie z. B. ein MR-Element, ein GMR-Element und ein TMR-Element, eine Ansprechempfindlichkeit zeigt, die in dem speziellen Magnetfeldbereich relativ hoch ist, ist es ferner notwendig, jedes magnetoelektrische Umwandlungselement dazu zu veranlassen, in dem optimalen Magnetfeldbereich zu arbeiten.
  • Bei der herkömmlichen magnetischen Positionserfassungsvorrichtung bestehen jedoch selbst bei Einstellung der Anordnung des magnetoelektrischen Umwandlungselements, des Magneten und der Flussführung Einschränkungen hinsichtlich Verbesserungen der Erfassungsempfindlichkeit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung. Beispielsweise dann, wenn alle magnetoelektrischen Umwandlungselemente auf demselben Substrat der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegen, ist es wünschenswert, ein bestimmtes erwünschtes Magnetfeld an alle von diesen magnetoelektrischen Umwandlungselementen gleichermaßen anzulegen.
  • Die Anordnung für ein solches optimales Magnetfeld ist jedoch auf einen sehr engen Bereich beschränkt. Selbst wenn eine solche optimale Magnetfeldverteilung erreicht wird, wenn jedes magnetoelektrische Umwandlungselement der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, ist es ebenfalls äußerst schwierig, die Differenz von dem an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement angelegte Magnetfeld zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement dem Vorsprung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, und dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, zu steigern.
  • Bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung in der vorgenannten JP-A-2004-109 113 (Patentliteratur 1) wird die Position des magnetoelektrischen Umwandlungselements in dem Zustand eingestellt, in dem die Anordnung des Magneten und der Flussführung festgelegt ist, um dadurch die Differenz zwischen dem an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement angelegten Magnetfeld zu dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, und dem an zwei magnetoelektrische Umwandlungselemente angelegten Magnetfeld zu dem Zeitpunkt, zu dem eines der magneto-elektrischen Umwandlungselemente der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, zu optimieren.
  • Es ist jedoch schwierig, das an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement angelegte Magnetfeld, wenn das jeweilige Element der Aussparung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, und das an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement angelegte Magnetfeld, wenn das jeweilige Element dem Vorsprung des sich bewegenden magnetischen Körpers gegenüberliegt, in voneinander unabhängiger Weise einzustellen.
  • Somit gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Verbesserung bei der Erfassungsempfindlichkeit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung mittels der herkömmlichen Technik.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Erfassungsempfindlichkeit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall zu erhöhen.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Zusammengefasst schafft die vorliegende Erfindung eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung, die einen Magneten zum Erzeugen eines Magnetfelds, ein erstes und ein zweites magnetoelektrisches Umwandlungselement, eine Erfassungsschaltung und eine Flussführung aufweist. Das erste und das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement sind jeweils in einer ersten virtuellen Ebene vorgesehen und besitzen einen Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung bei dem Magnetfeld ändert, die durch Bewegung eines sich bewegenden magnetischen Körpers verursacht ist.
  • Die Erfassungsschaltung erfasst die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers auf der Basis der Veränderung des Widerstandswerts des jeweiligen ersten und zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements. Die Flussführung ist aus einem magnetischen Material hergestellt und zwischen dem Magneten sowie dem ersten und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement angeordnet. Die Flussführung weist einen ersten und einen zweiten Vorsprung, die im Abstand voneinander in einer ersten Richtung parallel zu der ersten virtuellen Ebene angeordnet sind, sowie einen zentralen Bereich auf.
  • Der erste und der zweite Vorsprung sind jeweils in einer Richtung zu der ersten virtuellen Ebene hin in bezug auf andere Bereiche der Flussführung vorstehend ausgebildet. Der zentrale Bereich befindet sich in einem mittleren Bereich zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung bei Betrachtung in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten virtuellen Ebene.
  • Das erste magnetoelektrische Umwandlungselement ist etwa in dem mittleren Bereich zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung derart vorgesehen, dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen Teil des zentralen Bereichs bedeckt.
  • Das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement ist zwischen dem ersten magnetoelektrischen Umwandlungselement und dem ersten Vorsprung derart vorgesehen, dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen anderen Teil der Flussführung als den zentralen Bereich bedeckt.
  • Der zentrale Bereich unterscheidet sich in Form oder Material von dem anderen Bereich der Flussführung als dem zentralen Bereich zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung, so dass eine Änderung bei einer Komponente eines Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene an einer Position des ersten magnetoelektrischen Umwandlungselements größer ist als eine Änderung bei der Komponente des Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene an einer Position des zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements, wenn der bewegliche magnetische Körper in Bewegung ist.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein zentraler Bereich vorhanden, der sich in Formgebung oder Material von anderen Bereichen der Flussführung zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung unterscheidet, so dass die Veränderung bei der Komponente des Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene in der Position des ersten magnetoelektrischen Umwandlungselements größer ist als die Veränderung bei der Komponente des Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene in der Position des zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements, wenn der bewegliche magnetische Körper in Bewegung ist. Auf diese Weise kann die Erfassungsempfindlichkeit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall gesteigert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Seitenansicht der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 in 1;
  • 3 eine Draufsicht zur Erläuterung eines Beispiels der Anordnung eines ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A bis 1D in 1;
  • 4 ein Schaltbild einer Brückenschaltung 2 und einer Erfassungsschaltung 30 in 1;
  • 5 eine Darstellung zur Erläuterung des grundlegenden Prinzips der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10;
  • 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen von Vorsprüngen 9A und 9B bei einer Flussführung 5;
  • 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Veränderung in der Richtung des Magnetfeldes, die durch die Änderung des Abstands zwischen der Flussführung 5 und einem Substrat 3 verursacht ist;
  • 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen eines zentralen Bereichs MP (6, 7A, 7B) der Flussführung 5 bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 9 eine Darstellung zur Erläuterung der Veränderung bei dem Widerstandswert von jedem der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D sowie der Veränderung in der Ausgangsspannung einer Differenzverstärkerschaltung 32, die durch Rotation des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursacht sind;
  • 10 eine Darstellung zur Erläuterung der Verteilung der Magnetfeldstärke um die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 herum;
  • 11 eine Seitenansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 110 gemäß einer ersten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 12 eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung eines ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 41A bis 41D gemäß einer zweiten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 13 eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XIII-XIII in 12;
  • 14 eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung eines ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 41A bis 41D gemäß einer dritten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 15 eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XV-XV in 14;
  • 16 eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XVI-XVI in 14;
  • 17 eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 111 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 18 eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 111 in 17;
  • 19 eine Draufsicht auf eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung 112 gemäß einer Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels;
  • 20 eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 113 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 21 eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 113 in 20;
  • 22 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen einer in 20 und 21 gezeigten Flussführung 107;
  • 23 eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 114 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 24 eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 114 in 23;
  • 25 eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 115 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 26 eine Seitenansicht der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 115 in 25;
  • 27 eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung von magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1B in 25;
  • 28 ein Schaltbild einer Brückenschaltung 103 und einer Erfassungsschaltung 30 in 25;
  • 29 eine Darstellung zur Erläuterung einer Veränderung bei dem Widerstandswert von jedem der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B sowie der Veränderung bei der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 32, die durch Rotation des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursacht sind; und
  • 30 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Modifizierung der Brückenschaltung 103 in 25.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben, in denen gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Konfiguration der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung
  • 1 zeigt eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 in 1. Wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ersichtlich, handelt es sich bei einem sich bewegenden magnetischen Körper 20 um einen etwa scheibenförmigen Körper, der sich um eine Rotationsachse (zentrale Achse) 23 rotationsmäßig bewegt. Der sich bewegende magnetische Körper 20 besitzt einen peripheren Randbereich, der mit einer Vielzahl (zwei in der Zeichnung) von radial vorstehenden Vorsprüngen 21 versehen ist. Derjenige Bereich in dem peripheren Randbereich des sich bewegenden magnetischen Körpers 20, der sich zwischen den Vorsprüngen 21 befindet, wird jeweils als Aussparung 22 bezeichnet.
  • Zum Erfassen der Position eines Vorsprungs 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 ist die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 in Richtung der Rotationsachse 23 betrachtet in einer vorbestimmten Distanz von dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 angeordnet. Die Richtung der Rotationsachse 23 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 wird im folgenden als Z-Achsen-Richtung bezeichnet.
  • Auf der Basis der Position der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 wird die in Rotationsrichtung (Umfangsrichtung) des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verlaufende Richtung als X-Achsen-Richtung bezeichnet, während die Radialrichtung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 als Y-Achsen-Richtung bezeichnet wird. Zum Unterscheiden der Orientierung entlang der Z-Achsen-Richtung werden Pluszeichen und Minuszeichen verwendet, wie z. B. ”+Z-Richtung” und ”–Z-Richtung”. Gleiches gilt auch für die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung.
  • Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 besitzt ein Substrat 3, eine Brückenschaltung 2, eine Erfassungsschaltung 30, einen Magneten 4 und eine Flussführung 5. Die Brückenschaltung 2 weist ein erstes, zweites, drittes und viertes magnetoelektrisches Umwandlungselement 1A bis 1D auf, die auf dem Substrat 3 ausgebildet sind. Zumindest ein Teil der Erfassungsschaltung 30 ist auf dem Substrat 3 ausgebildet.
  • Die 1 und 2 veranschaulichen jeweils schematisch Positionen der vier magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D und der Erfassungsschaltung 30. Die Komponenten der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 werden im folgenden der Reihe nach beschrieben.
  • 1. Substrat
  • Das Substrat 3 ist parallel zu der XY-Ebene angeordnet und erstreckt sich orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse 23 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 (Z-Achsen-Richtung). Bei dem Substrat 3 kann es sich um einen beliebigen Typ von Substrat handeln, solange dieses unter Integrieren einer elektrischen Schaltung gebildet werden kann, wobei es sich beispielsweise um ein Si-(Silizium-)Substrat handeln kann, wie es üblicherweise zum Integrieren eines MOS-(Metall-Oxid-Halbleiter-)Transistors und eines Bipolartransistors verwendet wird. Alternativ kann es sich bei dem Substrat 3 um ein GaAs-(Gallium-Arsenid-)Substrat oder ein SiC-(Siliziumkarbid-)Substrat mit hoher Wärmebeständigkeit handeln.
  • 2. Magnet
  • Der Magnet 4 beaufschlagt die vier magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D mit einem Magnetfeld und beaufschlagt ferner den sich bewegenden magnetischen Körper 20 mit einem Magnetfeld. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der eine ungefähr rechteckige Quaderform aufweisende Magnet 4 etwa in der Richtung der Rotationsachse 23 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 (Z-Achsen-Richtung) magnetisiert und derart angeordnet, dass sich zwei Seiten des Magneten 4 bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung etwa parallel zu der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung erstrecken.
  • Bei dem Magneten 4 kann es sich um einen beliebigen Typ mit einer beliebigen Formgebung und Größe handeln, solange dieser den Betriebsmagnetfeldbereich und die magnetische Flussdichte erzeugen kann, die für die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D geeignet sind.
  • Beispiele für den Typ des Magneten 4 können einen Verbund-Magneten, einen Magneten auf Eisenbasis, einen Ferrit-Magneten, einen Magneten aus seltenen Erden sowie einen Magneten aus amorphem Metall beinhalten. Insbesondere kann es sich bei dem Magneten 4 um einen beliebigen aus CoFe (Kobalt-Eisen), SmCo (Samarium-Kobalt), NdFeB (Neodym-Eisen-Bor), CoFeB (Kobalt-Eisen-Bor) und dergleichen handeln.
  • 3. Flussführung
  • Die Flussführung 5 ist zwischen dem Substrat 3 und dem Magneten 4 vorgesehen, um den Magnetfluss von dem Magneten 4 einzustellen. Das an die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D angelegte Magnetfeld ist von dem Typ, der Formgebung und der Größe des Magneten sowie auch von der Formgebung und der Größe der Flussführung 5 abhängig.
  • Die Flussführung kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, solange es sich um ein weichmagnetisches Material mit einer hohen Sättigungs-Permeabilität handelt, wie z. B. Fe (Eisen), Co (Kobalt), Ni (Nickel) oder eine Legierung davon. In dem vorliegenden Fall ist Fe geeignet.
  • Bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 wird die Verteilung des Magnetflusses in der Nähe der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D optimal eingestellt, indem die Formgebung der Flussführung 5 in vorteilhafter Weise modifiziert wird. Die Merkmale der Formgebung der Flussführung 5 bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden im folgenden beschrieben.
  • Unter der Annahme, dass eine virtuelle Ebene 71 senkrecht zu der X-Achsen-Richtung definiert wird, ist die Flussführung 5 als erstes mit Vorsprüngen 9A und 9B an Positionen versehen, die in bezug auf diese virtuelle Ebene 71 symmetrisch sind. Unter der Annahme, dass eine sich von der einen Oberfläche des Substrats 3 weg erstreckende virtuelle Ebene 72 definiert ist, sind die Vorsprünge 9A und 9B in Richtung auf diese virtuelle Ebene 72 gegenüber den übrigen Bereichen der Flussführung 5 vorstehend ausgebildet.
  • Zweitens ist ein mit einer konkaven Formgebung vertiefter Bereich (6, 7A, 7B) in dem mittleren Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B vorgesehen. Die Distanz (L1 in 2) entlang der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Substrat 3 und dem Boden des vertieften konkaven Bereichs (der auch als zentraler Bereich MP bezeichnet wird) ist länger als die Distanz (L2 in 2) entlang der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Substrat 3 und demjenigen Bereich der Flussführung 5, der sich näher bei dem jeweiligen Vorsprung 9A und 9B befindet.
  • Hinsichtlich der Flussführung 5 mit der vorstehend beschriebenen Formgebung überdeckt jedes der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D einen Teil des zentralen Bereichs MP (6, 7A, 7B), der in Z-Achsen-Richtung betrachtet mit einer konkaven Formgebung vertieft ausgebildet ist. Vorzugsweise ist jedes der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D in der Position in der Nähe der virtuellen Ebene 71 (in dem mittleren Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung) vorgesehen.
  • Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B ist derart vorgesehen, dass es bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung einen zwischen dem Vorsprung 9B und dem mit einer konkaven Formgebung vertieften zentralen Bereich MP (6, 7A, 7B) befindlichen Teil der Flussführung 5 überdeckt. Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C ist derart vorgesehen, dass es bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung einen zwischen dem Vorsprung 9A und dem mit einer konkaven Formgebung vertieften zentralen Bereich MP (6, 7A, 7B) befindlichen Teil der Flussführung 5 überdeckt.
  • Weiterhin vorzugsweise besitzt die Flussführung 5 eine in bezug auf die virtuelle Ebene 71 symmetrische Formgebung, während die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C in Positionen vorgesehen sind, die in bezug auf die virtuelle Ebene 71 symmetrisch sind. Vorzugsweise befindet sich das Zentrum des magnetischen Pols des Magneten 4 in der virtuellen Ebene 71.
  • Die Formgebung der Flussführung 5 ist in den 1 und 2 jeweils als Beispiel veranschaulicht, das die vorstehend beschriebenen Merkmale erfüllt. Insbesondere besteht die Flussführung 5 aus plattenförmigen Bereichen 6, 7A, 7B, 8A, 8B, 9A und 9B mit jeweils rechteckiger Formgebung.
  • Der plattenförmige Bereich 6 ist parallel zu dem Substrat 3 und spiegelsymmetrisch in Bezug auf die virtuelle Ebene 71 angeordnet. Bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung ist jede Seite des plattenförmigen Bereichs 6 derart angeordnet, dass sie sich in der X-Achsen-Richtung oder der Y-Achsen-Richtung erstreckt. Wie in 2 gezeigt ist, beträgt die Distanz zwischen dem plattenförmigen Bereich 6 und dem Substrat 3 in der Z-Achsen-Richtung L1.
  • Die plattenförmigen Bereiche 7A und 7B sind mit den beiden in X-Achsen-Richtung gelegenen Enden des plattenförmigen Bereichs 6 verbunden. Jeder der plattenförmigen Bereiche 7A und 7B erstreckt sich unter einem rechten Winkel zu dem plattenförmigen Bereich 6 zu der virtuellen Ebene 72 hin. Die plattenförmigen Bereiche 7A und 7B sind in bezug auf die virtuelle Ebene 71 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.
  • Der plattenförmige Bereich 8A ist mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 7A, das auf der näher bei der virtuellen Ebene 72 befindlichen Seite angeordnet ist, unter einem rechten Winkel verbunden und erstreckt sich parallel zu dem Substrat 3 in Richtung von dem plattenförmigen Bereich 6 weg.
  • Der plattenförmige Bereich 8B ist mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 7B, das auf der näher bei der virtuellen Ebene 72 befindlichen Seite angeordnet ist, unter einem rechten Winkel verbunden und erstreckt sich parallel zu dem Substrat 3 in Richtung von dem plattenförmigen Bereich 6 weg.
  • Die plattenförmigen Bereiche 8A und 8B sind in bezug auf die virtuelle Ebene 71 spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Distanz in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Substrat 3 und den jeweiligen plattenförmigen Bereichen 8A und 8B beträgt L2(L2 < L1).
  • Der dem Vorsprung 9A entsprechende plattenförmige Bereich 9A ist unter einem rechten Winkel mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 8A auf der dem plattenförmigen Bereich 6 gegenüberliegenden Seite verbunden und erstreckt sich in Richtung auf die virtuelle Ebene 72. Der dem Vorsprung 9B entsprechende plattenförmige Bereich 9B ist unter einem rechten Winkel mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 8B auf der dem plattenförmigen Bereich 6 gegenüberliegenden Seite verbunden und erstreckt sich in Richtung auf die virtuelle Ebene 72. Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B sind in bezug auf die virtuelle Ebene 71 spiegelsymmetrisch angeordnet.
  • Die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D sind jeweils derart angeordnet, dass sie bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung einen Teil des plattenförmigen Bereichs 6 überdecken und die virtuelle Ebene 71 kreuzen (d. h. etwa in dem mittleren Bereich zwischen den plattenförmigen Bereichen 7A und 7B bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung).
  • Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C sind derart angeordnet, dass sie bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung Teile der plattenförmigen Bereiche 8B bzw. 8A überdecken (d. h. das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B ist zwischen den plattenförmigen Bereichen 7B und 9B angeordnet, während das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C zwischen den plattenförmigen Bereichen 7A und 9A angeordnet ist).
  • Vorzugsweise sind die Zentren der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D in der X-Achsen-Richtung ausgerichtet, wobei die Distanz in der X-Achsen-Richtung von den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D bis zu dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B gleich der Distanz von den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D bis zu dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1C ist.
  • Mit anderen Worten, die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C sind in bezug auf die virtuelle Ebene 71 in symmetrischen Positionen relativ zueinander angeordnet.
  • Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich das Zentrum des magnetischen Pols des Magneten 4 bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung in dem mittleren Bereich des plattenförmigen Bereichs 6 in der X-Achsen-Richtung (in der virtuellen Ebene 71). Bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung ist das Zentrum des magnetischen Pols des Magneten 4 um eine vorbestimmte Distanz von exakt dem Mittelpunkt des plattenförmigen Bereichs 6 in der Y-Achsen-Richtung versetzt.
  • Die Formgebung der Flussführung 5 in den jeweiligen 1 und 2 läßt sich auch als rechteckiges plattenförmiges Element darstellen, das in der Breitenrichtung in mehreren Bereichen in seiner Längsrichtung abgewinkelt ist. Insbesondere wird ein rechteckiges plattenförmiges Element zuerst derart ausgerichtet, dass seine Längsrichtung in der X-Achsen-Richtung ausgerichtet ist und seine Breitenrichtung in der Y-Achsen-Richtung ausgerichtet ist.
  • Dann wird das plattenförmige Element jeweils an einer Stelle in einem vorbestimmten Abstand von dem Mittelpunkt in der Längsrichtung bis zu dem jeweiligen Ende um 90° in der +Z-Richtung gebogen. Anschließend wird das plattenförmige Element in Richtung von dem Mittelpunkt weg in der Längsrichtung an der jeweiligen vorbestimmten Stelle von der jeweiligen abgewinkelten Stelle bis zu dem jeweiligen Ende in der Längsrichtung wiederum um 90° in der +Z-Richtung gebogen.
  • Außerdem wird das plattenförmige Element an der jeweiligen vorbestimmten Stelle von der jeweiligen zweiten abgewinkelten Stelle bis zu dem jeweiligen Ende in der Längsrichtung wiederum um 90° in der +Z-Richtung gebogen.
  • Infolgedessen werden nacheinander die plattenförmigen Bereiche 6, 7A, 7B, 8A, 8B, 9A und 9B gebildet.
  • 4. Magnetoelektrisches Umwandlungselement
  • 3 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung eines Beispiels der Anordnung des ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A bis 1D in 1.
  • Als magnetoelektrisches Umwandlungselement 1A bis 1D kann eine solche Vorrichtung verwendet werden, die eine Ansprechempfindlichkeit für das Magnetfeld in der in der Ebene liegenden Richtung bzw. Ebenenrichtung des Substrats aufweist, in dem das jeweilige Element ausgebildet ist (in der XY-Ebenenrichtung in 1 und 2).
  • 3 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem ein MR-Element, ein GMR-Element mit einer künstlichen Gitterstruktur oder ein GMR-Element vom Spinventil-Typ als magnetoelektrische Umwandlungselemente 1A bis 1D Anwendung finden. Anstelle dieser Elemente kann auch ein TMR-Element verwendet werden. Das Beispiel, bei dem das TMR-Element verwendet wird, wird später unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 beschrieben.
  • Im Fall des GMR-Elements unter den vorstehend genannten magnetoelektrischen Umwandlungselementen hat die Komponente des Magnetfeldes in der Richtung, die zu dem Substrat mit den darauf ausgebildeten Elementen senkrecht ist, weniger Einfluss, während der Widerstand des Elements in erster Linie durch die Größe und die Richtung der Komponente des Magnetfeldes innerhalb der Ebene des Substrats mit den darauf ausgebildeten Elementen variiert. Somit ist das GMR-Element als magnetoelektrisches Umwandlungselement für die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 geeignet.
  • Das MR-Element wird gebildet durch Bearbeiten einer magnetischen Dünnschicht von mehreren Angström bis zu einigen Hundert Angström, beispielsweise mit einer linearen Formgebung, wie dies in 3 gezeigt ist. Bei dem MR-Element ändert sich der Widerstand proportional etwa zu sin2θ in bezug auf einen Winkel θ, der zwischen der Orientierung des durch jeden Punkt in dem linearen Muster fließenden Stroms und der Orientierung der Komponente des Magnetfeldes gebildet wird, das an dem jeweiligen Punkt innerhalb der Ebenenrichtung des Substrats angelegt wird.
  • In 3 sind die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D jeweils durch eine mäandernde Zwischenverbindung gebildet. Die mäandernde Zwischenverbindung, die das magnetoelektrische Umwandlungselement 1A bildet, und die mäandernde Zwischenverbindung, die das magnetoelektrische Umwandlungselement 1D bildet, sind parallel zueinander angeordnet.
  • Die Enden der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D in der +Y-Richtung sind jeweils mit Anschlussflächen 16A bis 16D verbunden, die auf dem Substrat 3 ausgebildet sind. Die Enden der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B in der +Y-Richtung sind durch eine Zwischenverbindung 12 miteinander verbunden und ferner durch eine Zwischenverbindung 14 mit einer Anschlussfläche 16E verbunden. Die Enden der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1C und 1D in der +Y-Richtung sind durch eine Zwischenverbindung 13 miteinander verbunden und sind ferner durch eine Zwischenverbindung 15 mit einer Anschlussfläche 16F verbunden.
  • Das GMR-Element mit einer künstlichen Gitterstruktur wird gebildet durch Bearbeiten eines Stapelkörpers, der durch abwechselndes Stapeln einer magnetischen Dünnschicht und einer nichtmagnetischen Dünnschicht gebildet ist, die jeweils eine Dicke von mehreren Angström bis mehreren zehn Angström aufweisen, d. h. die sogenannte künstliche Gitterschicht besitzt zum Beispiel eine lineare Formgebung, wie sie in 3 gezeigt ist.
  • Bekannt als künstliche Gitterschicht sind (Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, (Co/Cu) und dergleichen (wobei n die Stapelanzahl darstellt, Cu Kupfer bedeutet und Cr Chrom bedeutet). Bei dem GMR-Element variiert der Elementwiderstand in Abhängigkeit von der Komponente des angelegten Magnetfeldes innerhalb der Ebene des Substrats, auf dem das jeweilige Element ausgebildet ist. Es ist bekannt, dass das GMR-Element einen MR-Effekt aufweist, der im Vergleich zu dem MR-Element eine signifikante Größe aufweist.
  • Da somit eine relativ große Widerstandsänderung in bezug auf den Änderungsbetrag bei dem gleichen Magnetfeld erzielt wird, kann der Signal-Rausch-Abstand der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung verbessert werden, während gleichzeitig auch die Geräuschunempfindlichkeit gesteigert werden kann.
  • Bei dem GMR-Element vom Spinventil-Typ handelt es sich um einen Stapelkörper mit einer derartigen Konstruktion, die eine antiferromagnetische Schicht/eine ferromagnetische Schicht (1)/eine nichtmagnetische Schicht/eine ferromagnetische Schicht (2) aufweist.
  • Die ferromagnetische Schicht (1) wird als fixierte Schicht bezeichnet, da ihre Magnetisierungsrichtung durch die ihr benachbarte antiferromagnetische Schicht in einer gewünschten Richtung fixiert ist. Die ferromagnetische Schicht (2) wird als freie Schicht bezeichnet, da sich ihre Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des externen Magnetfeldes ändert.
  • Zum Bilden der Struktur gemäß 3 wird insbesondere eine Stapelschichtstruktur aus Ta (Tantal)/NiFe (Nickel-Eisen)/IrMn (Iridium-Mangan)/CoFe/Cu/CoFe/Ta auf dem Substrat gebildet. Die gebildete Stapelschicht wird derart bearbeitet, dass sie eine lineare Formgebung gemäß der Darstellung in 3 erhält, indem die üblicherweise verwendete photolithographische Bearbeitung und Ionenstrahl-Ätzen zur Anwendung kommen.
  • Unter der Annahme, dass der zwischen der fixierten Schicht und der freien Schicht gebildete Winkel θ beträgt, ändert sich der Widerstand R des GMR-Elements vom Spinventil-Typ proportional zu cosθ, wie dies im folgenden dargestellt ist. R = Ro + ΔR·cosθ (1).
  • Hierbei handelt es sich bei Ro und ΔR jeweils um eine Konstante.
  • Es ist bevorzugt, dass der Winkel, der zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht und der Richtung des an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement (GMR-Element vom Spinventil-Typ) angelegten Magnetfeldes gebildet wird, einen großen Unterschied zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, und dem Zeitpunkt aufweist, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Es ist zum Beispiel lediglich notwendig, die Orientierung der Magnetisierung der fixierten Schicht jedes magnetoelektrischen Umwandlungselements in der X-Achsen-Richtung vorzugeben, die Komponente in der Y-Achsen-Richtung des an das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement (GMR-Element vom Spinventil-Typ) angelegten Magnetfeldes zu dem Zeitpunkt zu minimieren, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie die Komponente in der Y-Achsen-Richtung zu dem Zeitpunkt zu maximieren, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 gegenüberliegt.
  • 5. Erfassungsschaltung
  • 4 zeigt ein Schaltbild der Brückenschaltung 2 und der Erfassungsschaltung 30 in 1.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4 ersichtlich, sind die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B in dieser Reihenfolge zwischen einem Stromversorgungsknotenpunkt VCC (erster Stromversorgungsknotenpunkt) und einem Erdungsknotenpunkt GND (zweiter Stromversorgungsknotenpunkt) miteinander in Reihe geschaltet.
  • Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1C und 1D sind in dieser Reihenfolge zwischen dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC und dem Erdungsknotenpunkt GND miteinander in Reihe geschaltet sowie ferner einem in Reihenschaltung ausgebildeten Körper der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B parallel geschaltet.
  • In der Draufsicht in 3 sind die Anschlussflächen 16A und 16C mit dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC verbunden, während die Anschlussflächen 16B und 16D mit dem Erdungsknotenpunkt GND verbunden sind.
  • Die Erfassungsschaltung 30 dient zum Erfassen der Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 auf der Basis des Ausgangssignals von der Brückenschaltung 2. Die Erfassungsschaltung 30 beinhaltet eine Konstantspannungsschaltung 31, eine Differenzverstärkerschaltung 32 und eine Signalumwandlungsschaltung 33.
  • Die Konstantspannungsschaltung 31 legt eine konstante Spannung an den Stromversorgungsknotenpunkt VCC der Brückenschaltung 2 an. Die Differenzverstärkerschaltung 32 verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt ND1 der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B sowie der Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt ND2 der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1C und 1D. Der Verbindungsknotenpunkt ND1 entspricht der Anschlussfläche 16E in 3, während der Verbindungsknotenpunkt ND2 der Anschlussfläche 16F in 3 entspricht.
  • Der Widerstandswert von jedem magnetoelektrischen Umwandlungselement ändert sich in Abhängigkeit von der Rotation des sich bewegenden magnetischen Körpers 20, und diese Änderung des Widerstandswerts wird als Änderung der Spannung zwischen den Verbindungsknotenpunkten ND1 und ND2 erfasst.
  • Die Signalumwandlungsschaltung 33 wandelt die Ausgangsspannung von der Differenzverstärkerschaltung 32 in ein gewünschtes Ausgangssignal um. Beispielsweise können unter Verwendung eines Komparators für ein ungefähr bestimmtes Referenzpotential ein Signal mit hohem Pegel (”1”) und ein Signal mit niedrigem Pegel (”0”) erzeugt werden, die einem Vorsprung 21 bzw. einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 entsprechen.
  • Es ist bevorzugt, dass zumindest ein Teil der Konstantspannungsschaltung 31, der Differenzverstärkerschaltung 32 und der Signalumwandlungsschaltung 33, die die Erfassungsschaltung 30 bilden, und zwar zum Beispiel die Differenzverstärkerschaltung 32, auf demselben Substrat 3 vorgesehen ist, auf dem auch die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D vorgesehen sind. In weiter bevorzugter Weise ist gemäß der Darstellung in 1 die Erfassungsschaltung 30 insgesamt auf dem Substrat 1 vorgesehen.
  • Die Brückenschaltung 2 und die Erfassungsschaltung 30 sind auf demselben Substrat 3 vorgesehen, so dass die Implementierung der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 mit hohem SN-Verhältnis (Rauschabstand) und hoher Geräuschimmunität ermöglicht ist.
  • Arbeitsweise der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung
  • 1. Grundlegendes Prinzip – In dem Fall, in dem keine Flussführung vorgesehen ist
  • 5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des grundlegenden Prinzips der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10. 5(A) veranschaulicht die Verteilung von magnetischen Kraftlinien 29, die von dem Magneten 4 erzeugt werden, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • 5(B) veranschaulicht die Verteilung von magnetischen Kraftlinien 29, die von dem Magneten 4 zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Unter Bezugnahme auf die 5(A) und 5(B) erfolgt nun eine Erläuterung hinsichtlich der Prinzipien zum Erfassen der Position des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 durch die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 in dem einfachsten Fall, in dem die Flussführung 5 nicht in der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 vorgesehen ist.
  • Der Magnet 4 ist etwa senkrecht (in der Z-Achsen-Richtung) zu dem Substrat 3 magnetisiert. Wenn die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, wie dies in 5(A) veranschaulicht ist, zeigt das von dem Magneten 4 emittierte Magnetfeld eine Komponente orthogonal zu dem Substrat 3, die größer ist als die Komponente parallel zu dem Substrat 3. Mit anderen Worten, es kreuzen die magnetischen Kraftlinien 29 das Substrat 3 unter einem Winkel, der nahezu senkrecht zu dem Substrat 3 ist.
  • Dagegen werden dann, wenn die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, wie dies in 5(B) veranschaulicht ist, die in den sich bewegenden magnetischen Körper 20 fließenden magnetischen Kraftlinien 29 vergrößert, wobei dies zu einer Verminderung bei dem zwischen dem Magnetfeld und dem Substrat 3 gebildeten Winkel führt. In diesem Fall wird die Größe |B| des Magnetfeldes nicht so verändert, während die Größe |Bxy| der Komponente parallel zu dem Substrat 3 vergrößert wird.
  • Mit anderen Worten, es wird die Größe |Bxy| der zu dem Substrat 3 parallelen Komponente des Magnetfeldes, das an das auf dem Substrat 3 gebildete magnetoelektrische Umwandlungselement angelegt wird, gesteigert, wenn die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie vermindert, wenn die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Ein magnetoelektrisches Umwandlungselement, wie z. B. ein GMR-Element, besitzt eine charakteristische Eigenschaft dahingehend, dass der elektrische Widerstand bei einem Anstieg bei dem Magnetfeld einer Komponente parallel zu einem Substrat 3 mit einem darauf ausgebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselement allmählich geringer wird.
  • Infolgedessen wird der Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements geringer, wenn die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 erfasst diese Veränderung bei dem Widerstandswert als eine Änderung in dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 2.
  • 2. Wirkungen der Vorsprünge 9A und 9B der Flussführung
  • 6 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen der Vorsprünge 9A und 9B der Flussführung 5. 6 veranschaulicht den Fall, in dem die Flussführung 5 Vorsprünge 9A und 9B aufweist, während die Formgebung der Flussführung 5 zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B eben ist (der Fall, in dem kein vertiefter konkaver Bereich vorgesehen ist).
  • Die bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 verwendete Flussführung 5 ist im Vergleich zu der Größe des Magneten 4 nicht so groß und ist in unmittelbarer Nähe zu dem Magneten 4 angeordnet. In diesem Fall wird die Magnetflussverteilung derart ausgebildet, dass der von dem Nordpol des Magneten 4 (auf der Seite in –Z-Richtung in 6) emittierte Magnetfluss nahezu vollständig auf die Flussführung 5 auftrifft und durch die Flussführung 5 in den Südpol des Magneten eintritt.
  • Da auch in diesem Fall die Flussführung eine spezifische magnetische Permeabilität aufweist, die mehr als das 1000-fache der spezifischen magnetischen Permeabilität von Luft ist, erfolgt tendenziell eine derartige Verteilung des Magnetflusses, dass dieser so weit wie möglich durch die Flussführung fließt.
  • Infolgedessen konzentriert sich der Magnetfluss in den Vorsprüngen 9A und 9B, wie dies in 6 gezeigt ist, so dass die Richtungen des Magnetflusses in der Nähe des magnetoelektrischen Umwandlungselements im Vergleich zu dem Fall, in dem die Flussführung 5 nicht vorhanden ist, ausgerichtet sind. Auf diese Weise dienen die Vorsprünge 9A und 9B der Flussführung 5 zum Einstellen der Verteilung des auf den Südpol des Magneten auftreffenden Magnetflusses als ob dessen Formgebung durch den Südpol des Magneten verändert wäre.
  • 3. Wirkungen aufgrund der Formgebung zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B der Flussführung
  • 7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Veränderung in der Richtung des Magnetfeldes, die durch die Änderung der Distanz zwischen der Flussführung 5 und dem Substrat 3 bedingt ist. 7 veranschaulicht die Fälle, in denen das Substrat 3 mit einem darauf ausgebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselement in unterschiedlichen Distanzen von dem Magneten 4 und der Flussführung 5 in der Z-Achsen-Richtung angeordnet ist (3A, 3B und 3C in 7). Es ist darauf hinzuweisen, dass 7 die Flussführung 5 in einer vereinfachten ebenen Plattenform veranschaulicht.
  • Im folgenden werden charakteristische Eigenschaften hinsichtlich der Relation zwischen den Positionen der auf dem Substrat 3 ausgebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D und der Größe des anzulegenden Magnetfeldes beschrieben.
    • (1) Die Größe (|B|) des Magnetfeldes wird mit zunehmendem Abstand des Substrats 3 von dem Magneten 4 und der Flussführung 5 vermindert.
    • (2) Die Änderungsrate der Komponente des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 (Komponente Bxy in der Ebenenrichtung des Substrats) zwischen dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, wird auf der Basis der relativen Relation zwischen einer Distanz D1 von dem jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselement bis zu dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 und einer Distanz D2 von dem jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselement bis zu dem Magneten 4 (Flussführung 5) bestimmt. Wenn die Distanz D1 kürzer wird als die Distanz D2, wird die der Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 zugeordnete Änderungsrate der Komponente Bxy des Magnetfeldes erhöht.
    • (3) Je weiter das Substrat 3 von dem Magneten 4 und der Flussführung 5 in der Z-Achsen-Richtung entfernt ist, desto stärker wird der Anteil der Komponente Bxy des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 gegenüber der Komponente des Magnetfeldes senkrecht zu dem Substrat 3 erhöht (mit anderen Worten, der Winkel, der zwischen der Richtung des Magnetfeldes und der Ebenenrichtung des Substrats gebildet wird, wird vermindert).
    • (4) Im Hinblick auf die Magnetfeldverteilung in der Nähe der Flussführung 5 ist das Magnetfeld nahezu rechtwinklig zu der Ebene der Flussführung 5 in dem ebenen Bereich, während sich die Richtung des Magnetfeldes in dem peripheren Randbereich abrupt ändert. Somit wird im Hinblick auf die Richtung des Magnetfeldes in dem Substrat 3 der zwischen der Richtung des Magnetfeldes und der Substratebene gebildete Winkel in dem Maße kleiner, in dem der periphere Randbereich der Flussführung 5 bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung näher angeordnet ist.
  • Da im Fall der 7 davon ausgegangen wird, dass die Distanz D1 bei der vorgenannten Eigenschaft (2) im Vergleich zu der Distanz D2 nicht stark verändert wird, so wird davon ausgegangen, dass mit zunehmender Distanz D2 zwischen dem magnetoelektrischen Umwandlungselement und dem Magneten 4 (der Flussführung 5) die Änderungsrate der Komponente Bxy des Magnetfeldes stärker ansteigt.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Eigenschaft (1) wird jedoch die Größe (|B|) des Magnetfeldes in Abhängigkeit von einem Anstieg bei der Distanz D2 vermindert. Daher wird davon ausgegangen, dass der Änderungsbetrag in der Größe der Komponente Bxy des Magnetfeldes sein Maximum erreicht, wenn die Distanz D2 gleich einer vorbestimmten Distanz ist (im Fall von 3B in 7).
  • 8 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen des zentralen Bereichs MP (6, 7A, 7B) der Flussführung 5 bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 8(A) veranschaulicht die Relation zwischen dem plattenförmigen Bereich 6 und den auf dem Substrat 3 in den 1 und 2 ausgebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A, 1D. 8(B) veranschaulicht die Relation zwischen den plattenförmigen Bereichen 8A, 8B und den auf dem Substrat 3 in den 1 und 2 ausgebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1B, 1C.
  • Wie in den 8(A) und (B) gezeigt, ist eine Distanz L1 von den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D bis zu der am nähesten bei diesen befindlichen Ebene (dem plattenförmigen Bereich 6) der Flussführung 5 länger als eine Distanz L2 von den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1B und 1C bis zu der am nähesten bei diesen befindlichen Ebene (den plattenförmigen Bereichen 8B und 8A) der Flussführung. Wie in 7 erläutert worden ist, erreicht die zu dem Substrat 3 parallele Komponente Bxy des Magnetfeldes das Maximum in einer bestimmten Distanz von der Flussführung 5 in Z-Achsen-Richtung.
  • Somit kann durch geeignetes Auswählen der Distanzen L1 und L2 der Änderungsbetrag der Komponente Bxy des Magnetfeldes in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D größer vorgegeben werden als der Änderungsbetrag der Komponente Bxy des Magnetfeldes in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C.
  • Das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 30 wird durch den Änderungsbetrag der Komponente Bxy des Magnetfeldes zwischen der Situation, in der das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie der Situation bestimmt, in der das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Lediglich durch die vorstehend beschriebene Einstellung kommt es zu einer Differenz zwischen der Größe der Komponente Bxy des Magnetfeldes in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D sowie der Größe der Komponente Bxy des Magnetfeldes in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C, selbst wenn das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Diese Situation ist somit nicht als Konfiguration des Sensors bevorzugt.
  • Es ist daher bevorzugt, die Längen der plattenförmigen Bereiche 7A und 7B in der Z-Achsen-Richtung einzustellen sowie die Längen der plattenförmigen Bereiche 6, 8A und 8B in der X-Achsen-Richtung einzustellen, wobei auf diese Weise eine derartige Einstellung vorgenommen wird, dass die Komponenten Bxy des an die magnetoelektrischen Umwandlungselemente angelegten Magnetfeldes nahezu gleich werden, wenn die magnetoelektrischen Umwandlungselemente keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen.
  • 9 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Veränderung bei dem Widerstandswert der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D sowie der Veränderung bei der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 32, die durch Rotation des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursacht sind.
  • 9(A) veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Situation, in der die Flussführung 5 nicht mit einem mit konkaver Formgebung vertieften Bereich versehen ist (der Fall, in dem der Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B eben ist). 9(B) veranschaulicht die Situation mit der Flussführung 5 bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Die graphischen Darstellungen mit den Bezeichnungen 1A bis 1D veranschaulichen Widerstandswerte der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D, während die mit OUT bezeichnete graphische Darstellung eine Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 32 in 4 veranschaulicht.
  • Wenn der Rotationswinkel des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 den Wert θ1 besitzt, wechselt das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B von dem Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht eine abrupte Verminderung des Widerstandswerts des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1B.
  • Bei einem Rotationswinkel θ2 wechseln dann die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D von dem Zustand, in dem diese Elemente einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, in einen Zustand, in dem diese Elemente einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen. Dies verursacht eine abrupte Verminderung bei dem Widerstandswert der jeweiligen magneto-elektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D.
  • Bei einem Rotationswinkel θ3 wechselt dann das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C von dem Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht eine abrupte Verminderung bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1C.
  • Bei einem Rotationswinkel θ4 wechselt dann das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B von dem Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht einen abrupten Anstieg bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1B.
  • Bei einem Rotationswinkel θ5 wechseln die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D dann von dem Zustand, in dem diese Elemente einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, in einen Zustand, in dem diese Elemente einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen. Dies führt zu einem abrupten Anstieg bei dem Widerstandswert der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D.
  • Bei einem Rotationswinkel θ6 wechselt das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C von dem Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies führt zu einem abrupten Anstieg bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1C.
  • Vergleicht man den Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel mit dem Fall (B) bei dem ersten Ausführungsbeispiel, so ist eine Ausgangsspannung V1 der Differenzverstärkerschaltung 32 etwa die gleiche, während die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen.
  • Wenn dagegen die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, sind die Widerstandswerte der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D in dem Fall (B) bei dem ersten Ausführungsbeispiel kleiner als die Widerstandswerte der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D in dem Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel.
  • Somit ist eine Ausgangsspannung V3 der Differenzverstärkerschaltung 32 in dem Fall (B) bei dem ersten Ausführungsbeispiel ebenfalls geringer als eine Ausgangsspannung V2 der Differenzverstärkerschaltung 32 in dem Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel.
  • Mit anderen Worten, es hat sich herausgestellt, dass die durch die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 hervorgerufene Veränderung bei dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 2 in dem Fall (B) des ersten Ausführungs beispiels größer ist.
  • Ferner gestattet ein zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B der Flussführung 5 vorgesehener vertiefter konkaver Bereich einen Betrieb in dem für die magnetoelektrischen Umwandlungselemente geeigneten Magnetfeldbereich, während gleichzeitig eine Veränderung in dem Ausgangssignal relativ hoch gehalten bleibt. Beispielsweise können die Größe und die Richtung des an die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D angelegten Magnetfeldes in dem Zustand ungefähr gleich gehalten werden, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen.
  • 10 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Verteilung der Magnetfeldstärke um die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 herum. 10(A) veranschaulicht eine Umrißdarstellung der Verteilung eines Magnetfeldes Bx der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 in der X-Achsen-Richtung.
  • In 10(A) hat das Magnetfeld Bx einen Absolutwert, der sein Maximum in einem positiven Wert in der Nähe der mit einem +-Zeichen (Pluszeichen) markierten Position erreicht, sowie einen Absolutwert, der sein Maximum in einem negativen Wert in der Nähe der mit einem –-Zeichen (Minuszeichen) markierten Position erreicht.
  • 10(B) veranschaulicht eine Umrißdarstellung der Verteilung eines Magnetfeldes By der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 in der Y-Achsen-Richtung. In 10(B) hat das Magnetfeld By einen Absolutwert, der das Maximum in einem positiven Wert in der Nähe der mit einem +-Zeichen (Pluszeichen) markierten Position erreicht, sowie einen Absolutwert, der das Maximum in einem negativen Wert in der Nähe der mit einem –-Zeichen (Minuszeichen) markierten Position erreicht.
  • Jede Figur veranschaulicht eine Magnetfeldverteilung in dem Zustand, in dem die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen.
  • Wie aus 10(A) ersichtlich ist, ändert sich die Komponente Bx des Magnetfeldes in der X-Achsen-Richtung in der Nähe der plattenförmigen Bereiche 7A und 7B in 1, wobei der Einfluss auf die Komponente By des Magnetfeldes in der Y-Achsen-Richtung geringer ist. Daher sind zum Beispiel die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D in Positionen angeordnet, die in der Zeichnung durch Kreise veranschaulicht sind, so dass die Komponente des Magnetfeldes in der XY-Ebenenrichtung nahezu gleich sein kann und ferner die Komponente Bx des Magnetfeldes in der X-Achsen-Richtung etwa Null betragen kann.
  • Somit wird ein konkaver Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B der Flussführung 5 vorgesehen. In dem Zustand, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, können somit die Komponenten Bx und By des Magnetfeldes an Positionen der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D als Magnetfeldbereich vorgegeben werden, der für den Betrieb des jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselements geeignet ist, während gleichzeitig eine Änderung bei dem Ausgangssignal relativ groß beibehalten werden kann.
  • Zusammenfassung der Wirkungen der Flussführung 5
  • Im folgenden werden die Wirkungen der Flussführungskonstruktion bei dem ersten Ausführungsbeispiel zusammengefasst. Die erste Eigenschaft der Konstruktion der Flussführung 5 besteht darin, dass ein Paar Vorsprünge 9A und 9B (plattenförmige Bereiche 9A und 9B) vorgesehen sind. Da der von dem Magneten 4 erzeugte Magnetfluss sich in den Vorsprüngen 9A und 9B konzentriert, können die Richtungen der Magnetflüsse in der Nähe des magnetoelektrischen Umwandlungselements im Vergleich zu dem Fall, in dem die Flussführung 5 nicht vorhanden ist, ausgerichtet werden.
  • Die zweite Eigenschaft der Konstruktion der Flussführung 5 besteht darin, dass ein mit einer konkaven Formgebung ausgebildeter, vertiefter Bereich (der auch als zentraler Bereich MP bezeichnet wird) in dem mittleren Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B vorhanden ist.
  • Bei Vorgabe der Magnetfeldverteilung in jeder Position der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D in Form einer gewünschten Verteilung in dem Zustand, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, wird es somit möglich, den Änderungsbetrag bei der Komponente des Magnetfeldes in der zu dem Substrat 3 parallelen Richtung in jeder Position der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D in dem Zustand zu erhöhen, in dem diese magnetoelektrischen Umwandlungselemente einem Vorsprung 21 gegenüberliegen.
  • Wenn die Flussführung 5 nur mit den Vorsprüngen 9A und 9B versehen ist, jedoch nicht mit dem zentralen Bereich MP, der mit einer konkaven Formgebung vertieft ausgebildet ist, dann ist es notwendig, die Positionen der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D einzustellen, um das Ausgangssignal der Brückenschaltung 2 zu maximieren.
  • In diesem Fall ändert sich jedoch auch die Distanz zwischen den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A bis 1D und den Vorsprüngen 9A, 9B, wobei dies dazu führt, dass das an die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D angelegte Magnetfeld von dem optimalen Betriebsbereich verlagert wird.
  • Dagegen werden im Fall der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Positionen der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D derart eingestellt, dass das Magnetfeld, das zu dem Zeitpunkt an die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D angelegt wird, zu dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, innerhalb des optimalen Betriebsbereichs der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D liegt.
  • Durch Optimieren der Distanzen L1 und L2 in 2 in diesem justierten Zustand können die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D derart eingestellt werden, dass die durch die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursachte Änderung in dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 2 maximiert wird.
  • Bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird es somit unter Beibehaltung des Magnetfeldbereichs, in dem die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D arbeiten, in dem optimalen Betriebsbereich möglich, die Veränderung der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 zu erhöhen, die durch den Wechsel von dem Zustand, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, in den Zustand, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, hervorgerufen wird.
  • Selbst wenn die Distanz zwischen der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 und dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 so groß ist, dass die herkömmliche magnetische Positionserfassungsvorrichtung keinen Erfassungsvorgang ausführen kann, ist es somit möglich, eine Unterscheidung dahingehend vorzunehmen, ob die magnetoelektrischen Umwandlungselemente einem Vorsprung 21 oder einer Aussparung 22 gegenüberliegen.
  • Erste Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels
  • 11 zeigt eine Seitenansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 110 gemäß einer ersten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels. Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 110 in 11 unterscheidet sich von der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 in 2 darin, dass der plattenförmige Bereich 6 der Flussführung 5 und der Magnet 4 in engem Kontakt miteinander vorgesehen sind.
  • Da die übrigen Merkmale in 11 die gleichen sind wie in 2, sind gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird. Selbst bei der Anordnung, bei der die Flussführung 5 und der Magnet 4 in enger Berührung miteinander vorgesehen sind, wie dies in 11 gezeigt ist, können ebenfalls die Funktionen und Wirkungen ähnlich denen bei der Anordnung in 2 erzielt werden.
  • Zweite Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels
  • 12 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung eines ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 41A bis 41D gemäß einer zweiten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels.
  • 13 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XIII-XIII in 12. Die 12 und 13 veranschaulichen jeweils den Fall, in dem die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D aus einem TMR-Element gebildet sind.
  • Bei dem TMR-Element handelt es sich um einen Stapelkörper mit einer solchen Konstruktion, die eine antiferromagnetische Schicht/eine ferromagnetische (1)/eine Isolierschicht/eine ferromagnetische Schicht (2) aufweist. Die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht (1) ist in der gewünschten Richtung durch die damit in Berührung stehende antiferromagnetische Schicht fixiert, wobei diese als fixierte Schicht bezeichnet wird. Die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht (2) dreht sich in Abhängigkeit von der Richtung des externen Magnetfeldes, wobei diese als freie Schicht bezeichnet wird.
  • Wenn ein Strom zwischen der oberen und der unteren Elektrode fließt, zeigt das TMR-Element eine Widerstandsänderung proportional zu cosθ, ähnlich der vorstehend genannten Gleichung (1), bei der der zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht und der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gebildete Winkel mit 0 angenommen wird.
  • In den 12 und 13 ist ein TMR-Element 41A als magnetoelektrisches Umwandlungselement 1A auf einer unteren Elektrode 42A gebildet und durch eine Kontaktöffnung 43A mit einer oberen Elektrode 45E verbunden. Ein TMR-Element 41B als magnetoelektrisches Umwandlungselement 1B ist auf einer unteren Elektrode 42B gebildet und durch eine Kontaktöffnung 43B mit einer oberen Elektrode 45E verbunden.
  • Ein TMR-Element 41C als magneto-elektrisches Umwandlungselement 1C ist auf einer unteren Elektrode 42C gebildet und durch eine Kontaktöffnung 43C mit einer oberen Elektrode 45F verbunden. Ein TMR-Element 41D als magnetoelektrisches Umwandlungselement 1D ist auf einer unteren Elektrode 42D gebildet und durch eine Kontaktöffnung 43D mit einer oberen Elektrode 45F verbunden.
  • Die untere Elektrode 42A ist durch eine Kontaktöffnung 44A mit einer oberen Zwischenverbindung 45A verbunden, während die untere Elektrode 42B durch eine Kontaktöffnung 44B mit einer oberen Zwischenverbindung 45B verbunden ist. Die untere Elektrode 42C ist durch eine Kontaktöffnung 44C mit einer oberen Zwischenverbindung 45C verbunden, während die untere Elektrode 42D durch eine Kontaktöffnung 44D mit einer oberen Zwischenverbindung 45D verbunden ist. Die oberen Zwischenverbindungen 45A bis 45D sind jeweils mit Anschlussflächen 46A bis 46D verbunden, während die oberen Elektroden 45E und 45F mit Anschlussflächen 46E bzw. 46F verbunden sind.
  • Die Anschlussflächen 46A und 46C in 12 sind mit dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC verbunden, während die Anschlussflächen 46B und 46D mit dem Erdungsknotenpunkt GND verbunden sind, um dadurch eine Brückenschaltung 102A zu bilden. Die Anschlussfläche 46E entspricht dem Verbindungsknotenpunkt ND1 der Brückenschaltung 2 in 4, während die Anschlussfläche 46F dem Verbindungsknotenpunkt ND2 derselben entspricht.
  • Insbesondere wird zum Erzielen der Konstruktion gemäß 12 und 13 zum Beispiel ein Stapelkörper mit einer derartigen Konstruktion gebildet, die Ta/NiFe/IrMn/CoFe/AlOx (Aluminiumoxid)/CoFe/Ta aufweist. Dieser Stapelkörper wird dann durch bekannte photolithographische Verfahren und Ionenstrahl-Ätzen bearbeitet, um die Konstruktion aus den unteren Elektroden 42A bis 42D sowie die Konstruktion aus den TMR-Elementen 41A bis 41D zu bilden, die in den 12 und 13 dargestellt sind.
  • Nach dem Bilden einer Zwischenlagen-Isolierschicht wird dann eine Kontaktöffnung gebildet, auf der die oberen Elektroden 45E und 45F sowie die oberen Zwischenverbindungen 45A bis 45D gebildet werden.
  • Es ist bevorzugt, dass der Winkel, der zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht und der Richtung des bei jedem magnetoelektrischen Umwandlungselement (TMR-Element) zur Anwendung kommenden Magnetfeldes gebildet wird, in signifikanter Weise verschieden ist zwischen dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Beispielsweise ist es lediglich notwendig, die Orientierung der Magnetisierung der fixierten Schicht in der X-Achsen-Richtung vorzugeben, um ein Magnetfeld auf das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement (TMR-Element) unter einem gewünschten Winkel aufzubringen, wenn das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie ein Magnetfeld auf das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement (TMR-Element) etwa in Y-Achsen-Richtung aufzubringen, wenn das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Dritte Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels
  • 14 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung eines ersten, zweiten, dritten und vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements 41A bis 41D gemäß einer dritten Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels.
  • 15 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XV-XV in 14. 16 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie XVI-XVI in 14. Die 14 bis 16 veranschaulichen jeweils ein Beispiel, in dem acht TMR-Elemente in Kaskaden-Verbindung die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D bilden.
  • Zum Beispiel ist jedes TMR-Element 41C auf einer auf dem Substrat 3 gebildeten unteren Elektrode 52C gebildet. Ferner ist das TMR-Element 41C durch eine Kontaktöffnung 53 mit einer oberen Zwischenverbindung 55C oder 55F verbunden.
  • Weitere Modifikationen
  • Die Signalumwandlungsschaltung 33 in 4 kann eine Rotationsrichtung in Kombination mit einer Flipflop-Schaltung aufweisen, wie dies in der eingangs genannten JP-A-2004-109 113 (Patentliteratur 1) offenbart ist. Ferner kann sie eine Rotationsrichtung, eine Rotationsgeschwindigkeit und dergleichen als Signal in Kombination mit weiteren Signalen abgeben.
  • In der vorstehenden Beschreibung sind die zentralen Positionen der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D in der X-Achsen-Richtung in Reihe angeordnet bzw. ausgerichtet. Im Gegensatz dazu sind die magneto-elektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D in der Y-Achsen-Richtung in bezug auf die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C versetzt.
  • Dadurch ist ein weiterer Anstieg bei dem Änderungsbetrag in der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 möglich, der durch den Wechsel von dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, verursacht ist.
  • Obwohl der sich bewegende magnetische Körper 20 in der vorstehenden Beschreibung mit der Formgebung einer Scheibe ausgebildet ist, die sich um eine zentrale Achse 23 dreht, kann er auch für eine lineare Bewegung ausgebildet sein. Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 10 ist in einem vorbestimmten Abstand von der Bahn angeordnet, über die sich der bewegliche magnetische Körper 20 bewegt. In dem vorliegenden Fall ist die Bewegungsrichtung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 parallel zu der X-Achsen-Richtung in 1.
  • Obwohl die Flussführung 5 in den 1 und 2 aus einem plattenförmigen Element gebildet ist, kann sie stattdessen auch eine gekrümmte Formgebung mit einer abgerundeten Oberfläche aufweisen. Die Flussführung 5 kann eine beliebige Formgebung aufweisen, solange sie eine Differenz in der Distanz zwischen der Flussführung 5 und dem jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselement hervorruft, um auf diese Weise eine Differenz zwischen der Komponente des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A, 1D sowie der Komponente des Magnetfeldes in der Position der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B, 1C zu dem Zeitpunkt hervorzurufen, zu dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 17 zeigt eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 111 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 18 zeigt eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 111 in 17. Die in den 17 und 18 gezeigte magnetische Positionserfassungsvorrichtung 111 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 gezeigten magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 darin, dass eine Flussführung 105 mit einem kerbartigen Aussparungsbereich 18 anstelle eines vertieft ausgebildeten konkaven Bereichs (6, 7A, 7B) ausgebildet ist, wie dieser in der Flussführung 5 vorhanden ist.
  • Der Aussparungsbereich 18 entspricht dem zentralen Bereich MP, wie er jeweils in 1 und 2 dargestellt ist. Der Aussparungsbereich 18 ist derart ausgebildet, dass er sich in der +Y-Richtung in dem mittleren Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B (der Richtung zu dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 hin) öffnet.
  • Die 17 und 18 zeigen jeweils ein spezielles Beispiel der Konstruktion der vorstehend beschriebenen Flussführung 105. In den 17 und 18 besteht die Flussführung 105 aus plattenförmigen Bereichen 17, 9A und 9B. Der plattenförmige Bereich 17 ist parallel zu dem Substrat 3 und weist den Aussparungsbereich 18 auf, der in der X-Achsen-Richtung in dem mittleren Bereich gebildet ist und sich in der +Y-Richtung öffnet. Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B sind mit den beiden in der X-Achsen-Richtung gelegenen Enden des plattenförmigen Bereichs 17 verbunden.
  • Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B erstrecken sich jeweils rechtwinklig zu dem plattenförmigen Bereich 6 in Richtung auf die virtuelle Ebene, die sich von der einen Oberfläche des Substrats 3 weg erstreckt. Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B entsprechen den Vorsprüngen 9A bzw. 9B. Die Formgebung der Flussführung 105 ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung exakt an dem Mittelpunkt zwischen den plattenförmigen Bereichen 9A und 9B symmetrisch in bezug auf die Symmetrielinie.
  • Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D sind in der Nähe der vorstehend beschriebenen Symmetrielinie derart angeordnet, dass sie den Aussparungsbereich 18 in der Z-Achsen-Richtung überlappen. Somit ist der Magnet 4 von den Positionen der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D direkt zu sehen, ohne dass eine Unterbrechung durch den Bereich des magnetischen Materials der Flussführung 5 vorhanden ist.
  • Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Aussparungsbereich 18 und dem plattenförmigen Bereich 9B vorgesehen, während das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Aussparungsbereich 18 und dem plattenförmigen Bereich 9C vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist die Distanz zwischen der vorstehend beschriebenen Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B gleich der Distanz zwischen der vorstehend beschriebenen Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1C. Vorzugsweise sind die Zentren der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D derart angeordnet, dass sie in der X-Achsen-Richtung ausgerichtet sind.
  • Gemäß der Konfiguration der vorstehend beschriebenen magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 111 ist die Distanz von jedem der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D bis zu dem Magneten 4 länger als die Distanz von jedem der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C bis zu der Flussführung 5.
  • Auf der Basis des gleichen Prinzips wie im Fall der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird es somit unter Beibehaltung einer optimalen Spanne des Magnetfeldbereichs, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D arbeiten, möglich, die Veränderung in der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 zu erhöhen, die durch den Wechsel von dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, hervorgerufen wird.
  • Selbst wenn die Distanz zwischen der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 und dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 so groß ist, dass eine Erfassung mit der herkömmlichen magnetischen Positionserfassungsvorrichtung nicht möglich ist, so ist dennoch eine Unterscheidung dahingehend möglich, ob das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 oder einer Aussparung 22 gegenüberliegt.
  • Da die übrigen Merkmale in den 17 und 18 die gleichen sind wie bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 10 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, sind gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • 19 zeigt eine Draufsicht auf eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung 112 gemäß der Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. 19 veranschaulicht den Fall, in dem der Aussparungsbereich 18 in 18 in Y-Achsen-Richtung verlängert ist, um einen Öffnungsbereich 19 mit einer Länge zu bilden, die mit der Länge der Flussführung in der Y-Achsen-Richtung identisch ist. Der plattenförmige Bereich 17 ist durch den Öffnungsbereich 19 in einen mit dem plattenförmigen Bereich 9A verbundenen plattenförmigen Bereich 17A und einen mit dem plattenförmigen Bereich 9B verbundenen plattenförmigen Bereich 17B geteilt.
  • Der Öffnungsbereich 19 entspricht dem zentralen Bereich MP in 1 bzw. 2. Es ist bevorzugt, dass eine magnetisch geteilte Flussführung 106 unter Verwendung von nicht-magnetischem Material, wie zum Beispiel einem nichtmagnetischen Metall, wie etwa einem Harzmaterial, Keramikmaterial, Aluminium oder Kupfer, in haftender Weise festgelegt ist.
  • Auch im Fall der in 19 dargestellten Konfiguration der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 112 ist es möglich, den Änderungsbetrag in der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 aufgrund des Wechsels von dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, zu erhöhen, und zwar in vollständig derselben Weise wie im Fall der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 111 in den 17 und 18.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 20 zeigt eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 113 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 21 zeigt eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 113 in 20. Eine Flussführung 107, wie sie jeweils in 20 und 21 gezeigt ist, besteht aus plattenförmigen Bereichen 17, 9A und 9B. Der plattenförmige Bereich 17 ist parallel zu dem Substrat 3 und weist in dem mittleren Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B in der +Y-Richtung eine Endfläche auf, die in der +Y-Richtung (der Richtung zu dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 hin) vorsteht.
  • Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B sind in der X-Achsen-Richtung mit den beiden Enden des plattenförmigen Bereichs 17 verbunden. Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B erstrecken sich jeweils rechtwinklig zu dem plattenförmigen Bereich 17 sowie in Richtung auf die virtuelle Ebene, die sich von der einen Oberfläche des Substrats 3 weg erstreckt. Die plattenförmigen Bereiche 9A und 9B entsprechen den Vorsprüngen 9A bzw. 9B.
  • Der zentrale Bereich 25, der einem Teil des plattenförmigen Bereichs 17 entspricht, der aufgrund der in der +Y-Richtung vorstehenden Endfläche eine größere Länge in der Y-Achsen-Richtung aufweist, entspricht dem zentralen Bereich MP in den 1 und 2, dem Aussparungsbereich 18 in 17 und 18 oder dem Öffnungsbereich 19 in 19. Es ist bevorzugt, dass die Formgebung der Flussführung 107 bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung exakt an dem Mittelpunkt zwischen den plattenförmigen Bereichen 9A und 9B symmetrisch mit der Symmetrielinie ist.
  • Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B sind in der Nähe der vorstehend beschriebenen Symmetrielinie derart angeordnet, dass sie den zentralen Bereich 25 in der Z-Achsen-Richtung überlappen. Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B ist in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem zentralen Bereich 25 und dem plattenförmigen Bereich 9B vorgesehen, während das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem zentralen Bereich 25 und dem plattenförmigen Bereich 9C vorgesehen ist.
  • Die Distanz zwischen der vorstehend genannten Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B ist gleich der Distanz zwischen der vorgenannten Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1C.
  • Bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung sind die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D jeweils derart angeordnet, dass sie in der +Y-Richtung in bezug auf jedes der magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B und 1C in der +Y-Richtung vorstehen (d. h. näher bei dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 angeordnet sind).
  • Ferner ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung eine in der Y-Achsen-Richtung verlaufende Distanz L3 von der Endfläche in der +Y-Richtung bis zu den jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D länger als eine in der Y-Achsen-Richtung verlaufende Distanz L5 von der Endfläche in der +Y-Richtung bis zu dem jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B und 1C.
  • 22 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungen der in den 20 und 21 gezeigten Flussführung 107.
  • 22(A) zeigt eine Darstellung zur schematischen Erläuterung der Anordnung der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D. Bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung sind die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D jeweils in einer Distanz L4 von dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 (Vorsprung 21) angeordnet sowie ferner in einer Distanz L3 von der auf der Seite der +Y-Richtung befindlichen Endfläche der Flussführung 107 angeordnet. 22(B) zeigt eine Darstellung zur schematischen Erläuterung der Anordnung der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C.
  • Bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung sind die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C in einer Distanz L6 (L6 > L4) von dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 (Vorsprung 21) angeordnet sowie auch in einer Distanz L5 (L5 < L3) von der auf der Seite der +Y-Richtung befindlichen Endfläche der Flussführung 107 angeordnet.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, werden im folgenden charakteristische Eigenschaften hinsichtlich der Relation zwischen den Positionen der in dem Substrat 3 gebildeten magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D und der Größe des angelegten Magnetfeldes beschrieben.
    • (1) Die Größe (|B|) des Magnetfeldes wird mit zunehmendem Abstand des Substrats 3 von dem Magneten 4 und der Flussführung 107 geringer.
    • (2) Die Änderungsrate der Komponente des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 (Komponente Bxy in der Ebenenrichtung des Substrats) zwischen dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, sowie dem Fall, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement keinem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, wird durch die relative Relation zwischen einer Distanz D1 von dem magnetoelektrischen Umwandlungselement bis zu dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 und einer Distanz D2 von dem magnetoelektrischen Umwandlungselement bis zu dem Magneten 4 (Flussführung 107) bestimmt. Die durch die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursachte Änderungsrate der Komponente Bxy des Magnetfeldes wird in dem Maße erhöht, in dem die Distanz D1 kürzer wird als die Distanz D1.
    • (3) Je weiter das Substrat 3 von dem Magneten 4 und der Flussführung 107 in der Z-Achsen-Richtung entfernt ist, desto stärker wird der Anteil der Komponente Bxy des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 gegenüber der Komponente des Magnetfeldes senkrecht zu dem Substrat 3 erhöht (mit anderen Worten, der Winkel, der zwischen der Richtung des Magnetfeldes und der Ebenenrichtung des Substrats gebildet wird, wird vermindert).
    • (4) Obwohl die Magnetfeldverteilung in der Nähe der Flussführung 107 ein Magnetfeld zeigt, das nahezu senkrecht zu der Ebene der Flussführung 107 in dem ebenen Bereich ist, ändert sich die Richtung des Magnetfeldes abrupt in dem peripheren Randbereich.
  • Somit wird im Hinblick auf die Richtung des Magnetfeldes in dem Substrat 3 der zwischen der Richtung des Magnetfeldes und der Substratebene gebildete Winkel in dem Maße kleiner, in dem der periphere Randbereich der Flussführung 107 bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung näher angeordnet ist.
  • Da gemäß der vorstehend beschriebenen Eigenschaft (2) die Distanz L4 zwischen dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 (Vorsprung 21) und den jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D kürzer ist als die Distanz L6 zwischen dem sich bewegenden magnetischen Körper 20 (Vorsprung 21) und den jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1B und 1C, ist somit die Änderungsrate der Komponente Bxy des anzulegenden Magnetfeldes in den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D größer.
  • Da ferner gemäß der vorstehend beschriebenen Eigenschaft (4) die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C in der Z-Achsen-Richtung näher bei dem peripheren Randbereich der Flussführung 107 angeordnet sind als die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D, wird der zwischen der Richtung des angelegten Magnetfeldes und der Substratebene gebildete Winkel vermindert.
  • Da mit anderen Worten die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1B und 1C eine relativ große Komponente Bxy des Magnetfeldes bereitstellen, wenn die jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, wird die Änderungsrate der Komponente Bxy des Magnetfeldes von dem Fall, in dem die Umwandlungselemente einem Vorsprung 21 gegenüberliegen, zu dem Fall, in dem diese einer Aussparung 22 gegenüberliegen, vermindert.
  • Durch die Kombination der vorstehend genannten Wirkungen ist der Änderungsbetrag bei der Komponente Bxy des durch die Bewegung des beweglichen magnetischen Körpers 20 verursachten Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 bei den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D größer als bei den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1B und 1D.
  • Somit wird es möglich, den Änderungsbetrag bei der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 zu steigern, der durch den Wechsel von dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, hervorgerufen wird.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • 23 zeigt eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 114 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 24 zeigt eine Draufsicht auf die magnetische Positionserfassungsvorrichtung 114 in 23. Die in 23 und 24 dargestellte Flussführung 108 besteht jeweils aus plattenförmigen Bereichen 26A, 26B, 26C, 9A und 9B.
  • Die plattenförmigen Bereiche 26A, 26C und 26B sind in dieser Reihenfolge in der X-Achsen-Richtung in der zu dem Substrat 3 parallelen Ebene angeordnet. Die magnetische Permeabilität des zwischen den plattenförmigen Bereichen 26A und 26B sandwichartig eingeschlossenen plattenförmigen Bereichs 26C ist geringer als die magnetische Permeabilität der plattenförmigen Bereiche 26A und 26B.
  • Zum Verändern der magnetischen Permeabilität können z. B. Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften (z. B. eine Legierung aus unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie z. B. Fe, Ni und Co und dergleichen) magnetisch gekoppelt werden, oder die magnetische Permeabilität kann durch partielles Aufbringen von Belastung geändert werden.
  • Alternativ kann die magnetische Eigenschaft durch Ändern der magnetischen Domänenstruktur an der Oberfläche durch Laser verändert werden, oder es kann z. B. Silizium (Si) und dergleichen teilweise diffundiert werden.
  • Der plattenförmige Bereich 9A ist mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 26A auf der dem plattenförmigen Bereich 26C gegenüberliegenden Seite verbunden und erstreckt sich rechtwinklig zu dem plattenförmigen Bereich 26A in Richtung auf die virtuelle Ebene, die sich von der einen Oberfläche des Substrats 3 weg erstreckt.
  • Der plattenförmige Bereich 9A entspricht dem Vorsprung 9A. Der plattenförmige Bereich 9B ist mit dem Ende des plattenförmigen Bereichs 26B auf der gegenüberliegenden Seite von dem plattenförmigen Bereich 26C verbunden und erstreckt sich rechtwinklig zu dem plattenförmigen Bereich 26B in Richtung auf die virtuelle Ebene, die sich von der einen Oberfläche des Substrats 3 weg erstreckt. Der plattenförmige Bereich 9B entspricht dem Vorsprung 9B. Die Flussführung 108 ist exakt an dem Mittelpunkt zwischen den plattenförmigen Bereichen 9A und 9B in der Z-Achsen-Richtung in bezug auf die Symmetrielinie symmetrisch.
  • Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1D sind in der Nähe der vorstehend genannten Symmetrielinie derart angeordnet, dass sie den plattenförmigen Bereich 26C bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung überlappen. Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B ist bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem plattenförmigen Bereich 26C und dem plattenförmigen Bereich 9B vorgesehen, während das magnetoelektrische Umwandlungselement 1C bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem plattenförmigen Bereich 26C und dem plattenförmigen Bereich 9C vorgesehen ist.
  • Die Distanz zwischen der vorstehend genannten Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1B ist gleich der Distanz zwischen der vorstehend genannten Symmetrielinie und dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1C.
  • Der plattenförmige Bereich 26C entspricht dem zentralen Bereich MP in den 1 und 2, dem Aussparungsbereich 18 in 17 und 18, dem Öffnungsbereich 19 in 19 oder dem zentralen Bereich 25 in 20 und 21. Durch Bereitstellen des plattenförmigen Bereichs 26C wird der durch Bewegung des beweglichen magnetischen Körpers 20 verursachte Änderungsbetrag bei der Komponente Bxy des Magnetfeldes parallel zu dem Substrat 3 bei den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1A und 1D größer als bei den magnetoelektrischen Umwandlungselementen 1B und 1D.
  • Somit wird es möglich, den Änderungsbetrag bei der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 2 zu steigern, der durch den Wechsel von dem Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das jeweilige magnetoelektrische Umwandlungselement einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, verursacht wird.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Obwohl die Ausführungsbeispiele 1 bis 4 jeweils die Konfiguration einer Brückenschaltung veranschaulichen, die vier magnetoelektrische Umwandlungselemente 1A bis 1D verwendet, kann die Position des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 auf der Basis des gleichen Prinzips erfasst werden, wenn nur die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B oder nur die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1C und 1D verwendet werden.
  • 25 zeigt eine Perspektivansicht einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 115 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 26 zeigt eine Seitenansicht der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung 115 in 25. Eine Brückenschaltung 103, die die in 25 und 26 gezeigte magnetische Positionserfassungsvorrichtung 115 bildet, unterscheidet sich von der Brückenschaltung 2 der 1 und 2 darin, dass nur die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B vorhanden sind, während die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1C und 1D nicht vorgesehen sind. Da die übrigen Merkmale in den 25 und 26 die gleichen wie in den 1 und 2 sind, werden gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • 27 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer speziellen Anordnung der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B in 25. Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B können wie im Fall der 3 unter Verwendung eines GMR-Elements und dergleichen gebildet sein.
  • 28 zeigt ein Schaltbild der Brückenschaltung 103 und der Erfassungsschaltung 30 in 25.
  • Wie unter Bezugnahme auf 28 ersichtlich, besitzt die Brückenschaltung 103 die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A, 1B sowie Widerstandselemente 101A und 101B. Die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B sind in dieser Reihenfolge zwischen dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC (dem ersten Stromversorgungsknotenpunkt) und dem Erdungsknotenpunkt GND (dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt) miteinander in Reihe geschaltet.
  • Die Widerstandselemente 101A und 101E sind in dieser Reihenfolge zwischen dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC und dem Erdungsknotenpunkt GND miteinander in Reihe verbunden sowie ferner mit einem in Reihenschaltung ausgebildeten Körper der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B parallel geschaltet.
  • Die Differenzverstärkerschaltung 32 verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt ND1 der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B sowie der Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt ND2 der Widerstandselemente 101A und 101B. Da die übrigen Merkmale die gleichen sind wie in 4, sind gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • 29 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Veränderung bei dem Widerstandswert der jeweiligen magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bis 1D sowie der Veränderung bei der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 32, die durch Rotation des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 verursacht sind. 29(A) veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Situation, in der die Flussführung 5 nicht mit einem vertieften konkaven Bereich versehen ist (der Fall, in dem der Bereich zwischen den Vorsprüngen 9A und 9B eben ist).
  • 29(B) veranschaulicht die Situation mit der Flussführung 5 bei dem fünften Ausführungsbeispiel. Die graphischen Darstellungen mit den Bezeichnungen 1A und 1B veranschaulichen Widerstandswerte der magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A bzw. 1D, während die mit OUT bezeichnete graphische Darstellung die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 32 in 28 veranschaulicht.
  • Wenn der Rotationswinkel des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 θ1 beträgt, wechselt das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B von dem Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem es einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht eine abrupte Verminderung des Widerstandswerts des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1B.
  • Bei einem Rotationswinkel θ2 wechselt das magnetoelektrische Umwandlungselement 1A von dem Zustand, in dem es einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem es einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht eine abrupte Verminderung bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A.
  • Bei einem Rotationswinkel θ3 wechselt dann das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B von dem Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem es einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht einen abrupten Anstieg bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1B.
  • Bei einem Rotationswinkel θ4 wechselt dann das magnetoelektrische Umwandlungselement 1A von dem Zustand, in dem das Element einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt, in den Zustand, in dem das Element einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegt. Dies verursacht einen abrupten Anstieg bei dem Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A.
  • Vergleicht man den Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel mit dem Fall (B) bei dem fünften Ausführungsbeispiel, so ist eine Ausgangsspannung V1 der Differenzverstärkerschaltung 32 nahezu gleich in den Situationen, in denen die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B einer Aussparung 22 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen.
  • Wenn dagegen die magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A und 1B einem Vorsprung 21 des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 gegenüberliegen, ist der Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A in dem Fall (B) bei dem fünften Ausführungsbeispiel geringer als der Widerstandswert des magnetoelektrischen Umwandlungselemente 1A in dem Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel.
  • Somit ist eine Ausgangsspannung V3 der Differenzverstärkerschaltung 32 in dem Fall (B) bei dem fünften Ausführungsbeispiel ebenfalls geringer als eine Ausgangsspannung V2 der Differenzverstärkerschaltung 32 in dem Fall (A) bei dem Vergleichsbeispiel.
  • Mit anderen Worten, es hat sich herausgestellt, dass die durch die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers 20 hervorgerufene Veränderung bei dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 2 in dem Fall (B) bei dem fünften Ausführungsbeispiel relativ groß ist.
  • 30 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Modifizierung der Brückenschaltung 103 in 25. Wie unter Bezugnahme auf 28 ersichtlich, besitzt eine Brückenschaltung 103A magnetoelektrische Umwandlungselemente 1A, 1B und Widerstandselemente 101A, 101B. Das magnetoelektrische Umwandlungselement 1A und das Widerstandselement 101E sind in dieser Reihenfolge zwischen dem Stromversorgungsknotenpunkt VCC (dem ersten Stromversorgungsknotenpunkt) und dem Erdungsknotenpunkt GND (dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt) miteinander in Reihe geschaltet.
  • Das Widerstandselement 101A und das magnetoelektrische Umwandlungselement 1B sind in dieser Reihenfolge zwischen den Stromversorgungsknotenpunkt VCC und den Erdungsknotenpunkt GND miteinander in Reihe geschaltet und ferner dem in Reihenschaltung vorgesehenen Körper aus dem magnetoelektrischen Umwandlungselement 1A und dem Widerstandselement 101E parallelgeschaltet.
  • Die Differenzverstärkerschaltung 32 verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt ND1 des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1A und des Widerstandselements 101B sowie der Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt ND2 des Widerstandselements 101A und des magnetoelektrischen Umwandlungselements 1B. Da die übrigen Merkmale die gleichen sind wie in 28, sind gleiche oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht lediglich der Erläuterung dienen und nicht einschränkend zu verstehen sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Vorgaben der Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung definiert und soll jegliche Modifikationen im Umfang und in der Bedeutung mit umfassen, die zu den Vorgaben der Ansprüche äquivalent sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1A–1D
    magnetoelektrische Umwandlungselemente
    2
    Brückenschaltung
    3
    Substrat
    4
    Magnet
    5
    Flussführung
    6, 7A, 7B, 8A, 8B
    plattenförmiger Bereich
    9A, 9B
    Vorsprung (plattenförmiger Bereich)
    10
    magnetische Positionserfassungsvorrichtung
    18
    Aussparungsbereich
    19
    Öffnungsbereich
    20
    sich bewegender magnetischer Körper
    21
    Vorsprung
    22
    Aussparung
    23
    Mittelachse (Rotationsachse)
    25, 26B
    zentraler Bereich
    29
    magnetische Kraftlinien
    30
    Erfassungsschaltung
    32
    Differenzverstärkerschaltung
    71, 72
    virtuelle Ebene
    101A, 101B
    Widerstandselement
    103, 103A
    Brückenschaltung
    105, 107, 108
    Flussführung
    110–115
    magnetische Positionserfassungsvorrichtung
    ND1, ND2
    Verbindungsknotenpunkt
    VCC
    Stromversorgungsknotenpunkt
    GND
    Erdungsknotenpunkt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2004-109113 A [0003, 0009, 0015, 0188]

Claims (17)

  1. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung, die folgendes aufweist: einen Magneten (4), der ein Magnetfeld erzeugt; ein erstes und ein zweites magnetoelektrisches Umwandlungselement (1A, 1B), die jeweils auf einer ersten virtuellen Ebene vorgesehen sind und einen Widerstandswert aufweisen, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung bei dem Magnetfeld ändert, die durch Bewegung eines sich bewegenden magnetischen Körpers (20) verursacht ist; eine Erfassungsschaltung (30), die die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) auf der Basis der Veränderung bei dem Widerstandswert des jeweiligen ersten und zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A, 1B) detektiert; und eine Flussführung (5, 105, 106, 107, 108), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist und zwischen dem Magneten (4) sowie dem ersten und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B) angeordnet ist, wobei die Flussführung folgendes aufweist: einen ersten und einen zweiten Vorsprung (9B, 9A), die in einer zu der ersten virtuellen Ebene (72) parallelen ersten Richtung im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Vorsprung in Relation zu anderen Bereichen der Flussführung (5, 105, 106, 107, 108) jeweils in Richtung auf die erste virtuelle Ebene (72) vorstehen, und einen zentralen Bereich (MP), der bei Betrachtung in einer zweiten Richtung, die zu der ersten virtuellen Ebene (72) senkrecht ist, in einem mittleren Bereich zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung vorgesehen ist, wobei das erste magnetoelektrische Umwandlungselement (1A) etwa in dem mittleren Bereich zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung vorgesehen ist, so dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen Teil des zentralen Bereichs (MP) bedeckt, wobei das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (2A) zwischen dem ersten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A) und dem ersten Vorsprung (9B) vorgesehen ist, so dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen anderen Teil der Flussführung als den zentralen Bereich (MP) bedeckt, und wobei sich der zentrale Bereich (MP) in Formgebung oder Material von dem anderen Bereich der Flussführung (5) als dem zentralen Bereich (MP) zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung unterscheidet, so dass bei Bewegung des beweglichen magnetischen Körpers (20) eine Veränderung bei einer Komponente eines Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene (72) an einer Position des ersten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A) größer ist als eine Veränderung bei der Komponente des Magnetfeldes parallel zu der ersten virtuellen Ebene (72) an einer Position des zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1B).
  2. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein drittes und ein viertes magnetoelektrisches Umwandlungselement (1C, 1D) aufweist, die jeweils auf der ersten virtuellen Ebene vorgesehen sind und die einen Widerstandswert aufweisen, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung bei dem Magnetfeld ändert, die durch Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) verursacht ist, wobei die Erfassungsschaltung (30) die Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) auf der Basis der Veränderung bei dem Widerstandswert von jedem des ersten bis vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A, 1B, 1C, 1D) erfasst, wobei das vierte magnetoelektrische Umwandlungselement (1D) etwa in dem mittleren Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung vorgesehen ist, so dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen Teil des zentralen Bereichs (MP) bedeckt, und wobei das dritte magnetoelektrische Umwandlungselement (1C) zwischen dem ersten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A) und dem zweiten Vorsprung (9A) vorgesehen ist, so dass es bei Betrachtung in der zweiten Richtung einen anderen Teil der Flussführung (5) als den zentralen Bereich (MP) bedeckt.
  3. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zentralen Bereich (MP) um einen konkaven Bereich handelt, der in einer zu der ersten virtuellen Ebene (72) entgegengesetzten Richtung in bezug auf den anderen Bereich der Flussführung (5) als den zentralen Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung vertieft ausgebildet ist.
  4. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flussführung (5) folgendes aufweist: einen ersten plattenförmigen Bereich (6) parallel zu der ersten virtuellen Ebene (72), einen zweiten und einen dritten plattenförmigen Bereich (7B, 7A), die jeweils in der ersten Richtung mit den beiden Enden des ersten plattenförmigen Bereichs (6) verbunden sind, wobei sich der zweite und der dritte plattenförmige Bereich (7B, 7A) jeweils unter einer rechtwinkligen Richtung zu dem ersten plattenförmigen Bereich (6) in Richtung auf die erste virtuelle Ebene (72) erstrecken, einen vierten plattenförmigen Bereich (8B), der mit einem Ende des zweiten plattenförmigen Bereichs (7B) auf einer näher bei der ersten virtuellen Ebene befindlichen Seite rechtwinklig verbunden ist und der sich in einer zu dem ersten plattenförmigen Bereich (6) entgegengesetzten Richtung parallel zu der ersten virtuellen Ebene (72) erstreckt, einen fünften plattenförmigen Bereich (8A), der mit einem Ende des dritten plattenförmigen Bereichs (7A) auf einer näher bei der ersten virtuellen Ebene (72) befindlichen Seite rechtwinklig verbunden ist und der sich in einer zu dem ersten plattenförmigen Bereich (6) entgegengesetzten Richtung parallel zu der ersten virtuellen Ebene (72) erstreckt, einen sechsten plattenförmigen Bereich (9B), der mit einem Ende des vierten plattenförmigen Bereichs (8B) auf einer dem ersten plattenförmigen Bereich (6) gegenüberliegenden Seite rechtwinklig verbunden ist, sich in Richtung auf die erste virtuelle Ebene (72) erstreckt sowie dem ersten Vorsprung entspricht, und einen siebten plattenförmigen Bereich (9A), der mit einem Ende des fünften plattenförmigen Bereichs (8A) auf einer dem ersten plattenförmigen Bereich (6) gegenüberliegenden Seite rechtwinklig verbunden ist, sich in Richtung auf die erste virtuelle Ebene (72) erstreckt sowie dem zweiten Vorsprung entspricht, wobei der erste, zweite und dritte plattenförmige Bereich (6, 7B, 7A) dem zentralen Bereich (MP) entsprechen, wobei der erste plattenförmige Bereich (6) spiegelsymmetrisch in bezug auf eine zweite virtuelle Ebene (71) ist, die zu der ersten Richtung senkrecht ist, wobei der zweite und der dritte plattenförmige Bereich (7B, 7A) in bezug auf die zweite virtuelle Ebene (71) spiegelsymmetrisch zueinander sind, wobei der vierte und der fünfte plattenförmige Bereich (8B, 8A) in bezug auf die zweite virtuelle Ebene (71) spiegelsymmetrisch zueinander sind, und wobei der sechste und der siebte plattenförmige Bereich (9B, 9A) in bezug auf die zweite virtuelle Ebene (71) spiegelsymmetrisch zueinander sind.
  5. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zentralen Bereich (MP) um einen Aussparungsbereich (18) handelt, der in der Flussführung (105) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung derart ausgebildet ist, dass er sich an einer Endfläche in einer zu der ersten und der zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung öffnet, und wobei sich der bewegliche magnetische Körper (20) bei Betrachtung in der zweiten Richtung in einer Region in einem vorbestimmten Abstand von der einen Endfläche bewegt.
  6. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zentralen Bereich (MP) um einen Öffnungsbereich (19) handelt, der in der Flussführung (106) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung vorgesehen ist, so dass die Flussführung in einen Abschnitt auf einer Seite des ersten Vorsprungs und einen Abschnitt auf einer Seite des zweiten Vorsprungs geteilt ist.
  7. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zentralen Bereich (MP) um einen Bereich (25) der Flussführung (107) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung handelt, der aufgrund einer Konfiguration, bei der ein Bereich an einer Endfläche in einer zu der ersten und der zweiten Richtung senkrechten dritten Richtung in der dritten Richtung vorsteht, eine größere Länge in der dritten Richtung als in anderen Bereichen zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung aufweist, und wobei sich der bewegliche magnetische Körper (20) bei Betrachtung in der zweiten Richtung in einer Region in einem vorbestimmten Abstand von der einen Endfläche bewegt.
  8. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste magnetoelektrische Umwandlungselement (1A) bei Betrachtung in der zweiten Richtung näher bei der Region, in der sich der bewegliche magnetische Körper (20) bewegt, als das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1B) angeordnet ist, und wobei bei Betrachtung in der zweiten Richtung eine in der dritten Richtung verlaufende Distanz (L3) von der einen Endfläche bis zu dem ersten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A) länger ist als eine in der dritten Richtung verlaufende Distanz (L5) von der einen Endfläche bis zu dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1B).
  9. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem zentralen Bereich (MP) um einen Bereich (25) der Flussführung (107) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung handelt, der aufgrund einer Konfiguration, bei der ein Bereich an einer Endfläche in einer zu der ersten und der zweiten Richtung senkrechten dritten Richtung in der dritten Richtung vorsteht, eine größere Länge in der dritten Richtung als in anderen Bereichen zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung aufweist, wobei sich der bewegliche magnetische Körper (20) bei Betrachtung in der zweiten Richtung in einer Region in einem vorbestimmten Abstand von der einen Endfläche bewegt, wobei das erste und das vierte magnetoelektrische Umwandlungselement (1A, 1D) bei Betrachtung in der zweiten Richtung jeweils näher bei der Region, in der sich der bewegliche magnetische Körper bewegt, angeordnet sind als das jeweilige zweite und dritte magnetoelektrische Umwandlungselement (1B, 1C), und wobei bei Betrachtung in der zweiten Richtung eine in der dritten Richtung verlaufende Distanz (L3) von der einen Endfläche bis zu dem ersten und dem vierten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B) länger ist als eine in der dritten Richtung verlaufende Distanz (L5) von der einen Endfläche bis zu dem jeweiligen zweiten und dritten magnetoelektrischen Umwandlungselement.
  10. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zentrale Bereich (MP, 26C) eine niedrigere magnetische Permeabilität als ein von dem zentralen Bereich verschiedener Bereich der Flussführung (108) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung aufweist.
  11. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsknotenpunkt (VCC, GND) aufweist, wobei das erste und das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1A, 1B) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei das dritte und das vierte magnetoelektrische Umwandlungselement (1C, 1D) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind und ferner einem in Reihenschaltung verbundenen Körper aus dem ersten und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B) parallel geschaltet sind, und wobei die Erfassungsschaltung (30) eine Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) auf der Basis einer Veränderung bei einer Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt (ND1) des ersten und des zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A, 1B) sowie einer Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt (ND2) des dritten und des vierten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1C, 1D) erfasst.
  12. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes aufweist: einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsknotenpunkt (VCC, GND); und ein erstes und ein zweites Widerstandselement (101A, 101B), wobei das erste und das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1A, 1B) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei das erste und das zweite Widerstandselement (101A, 101B) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind und ferner einem in Reihenschaltung verbundenen Körper aus dem ersten und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B) parallel geschaltet sind, und wobei die Erfassungsschaltung (30) eine Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) auf der Basis einer Veränderung bei einer Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt (ND1) des ersten und des zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A, 1B) sowie einer Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt (ND2) des ersten und des zweiten Widerstandselements (101A, 101B) erfasst.
  13. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes aufweist: einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsknotenpunkt (VCC, GND); und ein erstes und ein zweites Widerstandselement (101B, 101A), wobei das erste magnetoelektrische Umwandlungselement (1A) und das erste Widerstandselement (101B) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei das zweite Widerstandselement (101A) und das zweite magnetoelektrische Umwandlungselement (1B) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknotenpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind und ferner einem in Reihenschaltung verbundenen Körper aus dem ersten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A) und dem ersten Widerstandselement (101B) parallel geschaltet sind, und wobei die Erfassungsschaltung (30) eine Bewegung des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) auf der Basis einer Veränderung bei einer Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung an einem Verbindungsknotenpunkt (ND1) des ersten magnetoelektrischen Umwandlungselements (1A) und dem ersten Widerstandselement (101B) sowie einer Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt (ND1) des zweiten Widerstandselements (101A) und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1B) erfasst.
  14. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der sich bewegende magnetische Körper (20) in Form einer Scheibe ausgebildet ist, die sich um eine zu der zweiten Richtung parallele zentrale Achse rotationsmäßig bewegt, wobei der sich bewegende magnetische Körper (20) einen peripheren Randbereich aufweist, der mit einem oder mehreren in Radialrichtung der Scheibe vorstehenden Vorsprüngen (21) ausgebildet ist, wobei die magnetische Positionserfassungsvorrichtung bei Betrachtung in einer Richtung der zentralen Achse in einer vorbestimmten Distanz von dem sich bewegenden magnetischen Körper (20) angeordnet ist, wobei eine Magnetisierungsrichtung des Magneten (4) parallel zu der zentralen Achse ist, und wobei sich die erste Richtung in einer Umfangsrichtung der Scheibe des sich bewegenden magnetischen Körpers (20) erstreckt.
  15. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei ein Magnetpol des Magneten (4) sein Zentrum bei Betrachtung in der zweiten Richtung etwa in einem mittleren Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung aufweist.
  16. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B) um einen Element mit Riesen-Magnetowiderstandseffekt handelt.
  17. Magnetische Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei jedem von dem ersten bis vierten magnetoelektrischen Umwandlungselement (1A, 1B, 1C, 1D) um ein Element mit Riesen-Magnetowiderstandseffekt handelt.
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