JP2003004480A - 角度センサ及び角度センサのセンサ装置の異方性磁界強度を増強する方法 - Google Patents
角度センサ及び角度センサのセンサ装置の異方性磁界強度を増強する方法Info
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡素で低コストの方法で製造できるだけでな
く、自動車で特に発生しがちな大きな磁界強度において
も、３６０°範囲の計測に対応できる、ＡＭＲ角度セン
サを提供することを可能にする。 【解決手段】 本発明は、異方性磁気抵抗素子を有する
角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を少なくとも２
つ備えている角度センサにおいて、前記角度センサが前
記センサ装置の異方性磁界強度を増強するデバイスを少
なくとも１つ備える、角度センサに関する。また、本発
明は、磁気抵抗素子を備える角度センサのセンサ装置の
異方性磁界強度を増強する方法において、前記磁気抵抗
素子の望ましい方向に存在する磁気支持磁界が生成され
る方法に関する。
く、自動車で特に発生しがちな大きな磁界強度において
も、３６０°範囲の計測に対応できる、ＡＭＲ角度セン
サを提供することを可能にする。 【解決手段】 本発明は、異方性磁気抵抗素子を有する
角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を少なくとも２
つ備えている角度センサにおいて、前記角度センサが前
記センサ装置の異方性磁界強度を増強するデバイスを少
なくとも１つ備える、角度センサに関する。また、本発
明は、磁気抵抗素子を備える角度センサのセンサ装置の
異方性磁界強度を増強する方法において、前記磁気抵抗
素子の望ましい方向に存在する磁気支持磁界が生成され
る方法に関する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異方性磁気抵抗素
子（ＡＭＲ素子）を装備している少なくとも２つの角オ
フセット異方性磁気抵抗センサ装置（ＡＭＲセンサ装
置）を備える角度センサに関する。このような角度計測
用ＡＭＲセンサは、様々な分野で用いられるが、例え
ば、そうしたセンサが燃焼機関のチョーク角度センサや
ステアリング角認識に用いられている自動車製造では多
用されている。
子（ＡＭＲ素子）を装備している少なくとも２つの角オ
フセット異方性磁気抵抗センサ装置（ＡＭＲセンサ装
置）を備える角度センサに関する。このような角度計測
用ＡＭＲセンサは、様々な分野で用いられるが、例え
ば、そうしたセンサが燃焼機関のチョーク角度センサや
ステアリング角認識に用いられている自動車製造では多
用されている。
【０００２】
【従来の技術】こうした角度センサは、ドイツ特許出願
公開公報第４４０８０７８号公報に開示されている。
公開公報第４４０８０７８号公報に開示されている。
【０００３】こうした角度センサが、その異方性磁界強
度よりも明らかに強い磁界、つまり、周知のＡＭＲ角度
センサを用いる一般的な磁界で用いられるとき、そのセ
ンサは飽和するように駆動されてｓｉｎ（２α）の周期
振幅で特性を生成するようになる。
度よりも明らかに強い磁界、つまり、周知のＡＭＲ角度
センサを用いる一般的な磁界で用いられるとき、そのセ
ンサは飽和するように駆動されてｓｉｎ（２α）の周期
振幅で特性を生成するようになる。
【０００４】ｓｉｎ（２α）の周期特性では、その周期
性のせいで０°と１８０°を区別することができないた
め、角度センサは１８０°の角度計測しか実行できない
という結果になってしまう。
性のせいで０°と１８０°を区別することができないた
め、角度センサは１８０°の角度計測しか実行できない
という結果になってしまう。
【０００５】大きな磁界強度での３６０°の角度計測を
行うには、例えばＧＭＲセンサ（巨大磁気抵抗センサ）
のようなより複雑なセンサや、複数のセンサと歯車を備
えた技術システムが必要とされ、このために、製造過程
が高度に複雑化してそれにコスト増大が伴ってしまうか
又は、角度センサがもはや接触子なしでは動作できない
事態のどちらかになる。さらに、ＧＭＲセンサの長期安
定性については現在のところ完全には明らかになってい
ない。
行うには、例えばＧＭＲセンサ（巨大磁気抵抗センサ）
のようなより複雑なセンサや、複数のセンサと歯車を備
えた技術システムが必要とされ、このために、製造過程
が高度に複雑化してそれにコスト増大が伴ってしまうか
又は、角度センサがもはや接触子なしでは動作できない
事態のどちらかになる。さらに、ＧＭＲセンサの長期安
定性については現在のところ完全には明らかになってい
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、簡素で低コストの方法で製造できるだけでな
く、自動車で特に発生しがちな大きな磁界強度において
も、３６０°範囲の計測に対応できる、ＡＭＲ角度セン
サを提供することである。
目的は、簡素で低コストの方法で製造できるだけでな
く、自動車で特に発生しがちな大きな磁界強度において
も、３６０°範囲の計測に対応できる、ＡＭＲ角度セン
サを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
定義された角度センサと、請求項１５に定義された角度
センサによって解決される。この目的はさらに、請求項
１６で定義された方法と、請求項２１で定義された方法
によって解決される。請求項２〜１４は、本発明による
角度センサの特に有効な実施形態に関し、請求項１７〜
２０は、本発明による方法の特に有効な実施形態に関す
る。
定義された角度センサと、請求項１５に定義された角度
センサによって解決される。この目的はさらに、請求項
１６で定義された方法と、請求項２１で定義された方法
によって解決される。請求項２〜１４は、本発明による
角度センサの特に有効な実施形態に関し、請求項１７〜
２０は、本発明による方法の特に有効な実施形態に関す
る。
【０００８】本発明による角度センサは、角度センサ中
で用いられるセンサ装置の異方性磁界強度を増強するデ
バイスを少なくとも１つ備える。本発明による角度セン
サは、ＡＭＲ角度センサが異方性磁界強度よりも小さい
磁界強度で駆動されたときにｓｉｎ（α）の周期性を持
つという特性を利用している。そうした周期性では、３
６０°の計測も可能になる。
で用いられるセンサ装置の異方性磁界強度を増強するデ
バイスを少なくとも１つ備える。本発明による角度セン
サは、ＡＭＲ角度センサが異方性磁界強度よりも小さい
磁界強度で駆動されたときにｓｉｎ（α）の周期性を持
つという特性を利用している。そうした周期性では、３
６０°の計測も可能になる。
【０００９】センサ装置の異方性磁界強度を増強するデ
バイスを搭載した角度センサを用いることで、他の分野
だけでなく特に自動車で発生する大きな磁界強度さえＡ
ＭＲ角度センサの異方性磁界強度を下回るようになるほ
ど、ＡＭＲ角度センサの異方性磁界強度を増強すること
ができる。結果的に、ＡＭＲ角度センサは、非常に大き
な磁界強度であっても低コストで接触子のいらない方法
で３６０°計測を可能にする、簡素かつ低コストの方法
において提供される。
バイスを搭載した角度センサを用いることで、他の分野
だけでなく特に自動車で発生する大きな磁界強度さえＡ
ＭＲ角度センサの異方性磁界強度を下回るようになるほ
ど、ＡＭＲ角度センサの異方性磁界強度を増強すること
ができる。結果的に、ＡＭＲ角度センサは、非常に大き
な磁界強度であっても低コストで接触子のいらない方法
で３６０°計測を可能にする、簡素かつ低コストの方法
において提供される。
【００１０】好ましい実施形態において、センサ装置の
異方性磁界強度を増強するデバイスは、磁気抵抗素子の
望ましい方向で支持磁界を印加し、その磁界がセンサ装
置と磁気抵抗素子（ＭＲ素子）の異方性磁界強度を増強
する。
異方性磁界強度を増強するデバイスは、磁気抵抗素子の
望ましい方向で支持磁界を印加し、その磁界がセンサ装
置と磁気抵抗素子（ＭＲ素子）の異方性磁界強度を増強
する。
【００１１】望ましい方向における支持磁界の一般的な
磁界強度は、１〜１０ｋＡ／ｍで、その中でも１〜６ｋ
Ａ／ｍが望ましいが、これまでの磁界強度は約４ｋＡ／
ｍであった。角度センサを用いる計測磁界の強度は似た
ような大きさだが、支持磁界の磁界強度よりもわずかに
小さいことが望ましい。一般的な計測磁界の強度は約３
ｋＡ／ｍの範囲内にあるが、それが用いられる磁界に完
全に依存している。好ましい実施形態では、外部の干渉
磁界に対して軟磁気遮蔽を実施すると有効である。
磁界強度は、１〜１０ｋＡ／ｍで、その中でも１〜６ｋ
Ａ／ｍが望ましいが、これまでの磁界強度は約４ｋＡ／
ｍであった。角度センサを用いる計測磁界の強度は似た
ような大きさだが、支持磁界の磁界強度よりもわずかに
小さいことが望ましい。一般的な計測磁界の強度は約３
ｋＡ／ｍの範囲内にあるが、それが用いられる磁界に完
全に依存している。好ましい実施形態では、外部の干渉
磁界に対して軟磁気遮蔽を実施すると有効である。
【００１２】ＭＲ素子は一般的に、望ましい方向に揃え
られ、同時に異なる組成であってよい、平行に配列され
たＭＲ片を備える。
られ、同時に異なる組成であってよい、平行に配列され
たＭＲ片を備える。
【００１３】本発明による角度センサの好ましい実施形
態によれば、異方性磁界強度を増強するデバイスは、磁
気抵抗素子毎に少なくとも１つの外部コイルを用いるコ
イル装置を少なくとも１つ備えるが、そのコイルは、コ
イルのコア領域において磁界がＭＲ素子の望ましい方向
に揃えられるように、ＭＲ素子を実質的に完全に取り巻
く。
態によれば、異方性磁界強度を増強するデバイスは、磁
気抵抗素子毎に少なくとも１つの外部コイルを用いるコ
イル装置を少なくとも１つ備えるが、そのコイルは、コ
イルのコア領域において磁界がＭＲ素子の望ましい方向
に揃えられるように、ＭＲ素子を実質的に完全に取り巻
く。
【００１４】別の実施形態では、外部コイルの代わりに
又は外部コイルに加えて、各ＭＲ素子のレイアウトに組
み込まれた薄膜コイルを少なくとも１つ用いる例が提供
される。
又は外部コイルに加えて、各ＭＲ素子のレイアウトに組
み込まれた薄膜コイルを少なくとも１つ用いる例が提供
される。
【００１５】本発明によってセンサ装置の異方性磁界強
度を増強する、さらなる例として、磁界がＭＲエレメン
トの望ましい方向に揃えられている少なくとも１つの磁
石を用いることが実施されているが、この場合には永久
磁石と電磁石のどちらを用いてもよい。しかしながら、
角度センサに対して使用時に影響が少ない永久磁石が望
ましい。
度を増強する、さらなる例として、磁界がＭＲエレメン
トの望ましい方向に揃えられている少なくとも１つの磁
石を用いることが実施されているが、この場合には永久
磁石と電磁石のどちらを用いてもよい。しかしながら、
角度センサに対して使用時に影響が少ない永久磁石が望
ましい。
【００１６】センサ装置の異方性磁界強度を増強するデ
バイスは、例えば上記の永久磁石のように異方性磁界強
度を恒久的に増強するデバイスでよいが、本発明では、
例えば、上記のコイル装置や電磁石の場合のように、異
方性磁界強度を断続的かつ制御された方式で増強できる
デバイスも考慮に入れられていることに注目しておきた
い。この場合、異方性磁界強度を一時的にその強度の程
度を制御できるが、本発明では他方で、一時的な制御の
場合に、異方性磁界強度の周期的増強及び非周期的増強
をどちらも考慮に入れている。
バイスは、例えば上記の永久磁石のように異方性磁界強
度を恒久的に増強するデバイスでよいが、本発明では、
例えば、上記のコイル装置や電磁石の場合のように、異
方性磁界強度を断続的かつ制御された方式で増強できる
デバイスも考慮に入れられていることに注目しておきた
い。この場合、異方性磁界強度を一時的にその強度の程
度を制御できるが、本発明では他方で、一時的な制御の
場合に、異方性磁界強度の周期的増強及び非周期的増強
をどちらも考慮に入れている。
【００１７】異方性磁界強度を増強するデバイスのさら
なる候補となるのは、ＭＲ素子上に設けられる硬磁性層
である。このデバイスは、異方性磁界強度を恒久的に増
強するデバイスである。
なる候補となるのは、ＭＲ素子上に設けられる硬磁性層
である。このデバイスは、異方性磁界強度を恒久的に増
強するデバイスである。
【００１８】特に好ましい実施形態においては、少なく
とも２つの角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を角
度９０°で傾けて配置し、３６０°の計測を可能にして
いる。この点で、例えば約４５°の傾けた配置が可能で
あることと、実地用途によるが、例えば１８０°といっ
た限定的な角度範囲しか計測しない方法でセンサ装置の
異方性磁界強度を増強するデバイスを用いて本発明によ
る角度センサを構成できることに、注目しておくべきで
ある。したがって、本発明による角度センサは、３６０
°ＡＭＲ角度センサが望ましい実地用途であって、本発
明による角度センサの長所がそうした計測で特に顕著と
なるにもかかわらず、３６０°ＡＭＲ角度センサに制限
されるものではない。
とも２つの角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を角
度９０°で傾けて配置し、３６０°の計測を可能にして
いる。この点で、例えば約４５°の傾けた配置が可能で
あることと、実地用途によるが、例えば１８０°といっ
た限定的な角度範囲しか計測しない方法でセンサ装置の
異方性磁界強度を増強するデバイスを用いて本発明によ
る角度センサを構成できることに、注目しておくべきで
ある。したがって、本発明による角度センサは、３６０
°ＡＭＲ角度センサが望ましい実地用途であって、本発
明による角度センサの長所がそうした計測で特に顕著と
なるにもかかわらず、３６０°ＡＭＲ角度センサに制限
されるものではない。
【００１９】センサ装置のＭＲ素子は、ＭＲ層、特に、
所定の長さ（ｌ）、幅（ｂ）、厚み（ｄ）のＭＲ片を備
えることが望ましい。異方性磁界強度の増強をさらに支
援するためには、厚み（ｄ）と幅（ｄ）の比率を可能な
限り大きくすることが特に有効だが、４×１０−３の値
を上回り、特にＶ≧１．５×１０−２という比率になる
ようなＶ＝ｄ／ｂが特に望ましい。
所定の長さ（ｌ）、幅（ｂ）、厚み（ｄ）のＭＲ片を備
えることが望ましい。異方性磁界強度の増強をさらに支
援するためには、厚み（ｄ）と幅（ｄ）の比率を可能な
限り大きくすることが特に有効だが、４×１０−３の値
を上回り、特にＶ≧１．５×１０−２という比率になる
ようなＶ＝ｄ／ｂが特に望ましい。
【００２０】さらに、センサ素子の異方性磁界強度の増
強も達成できるように、少なくとも１つのＭＲ層を矩
形、双曲面及び／又は星状に形成することが望ましい。
強も達成できるように、少なくとも１つのＭＲ層を矩
形、双曲面及び／又は星状に形成することが望ましい。
【００２１】さらに、ＭＲ層は、本来的な材料異方性の
大きな材料から構成されることが望ましい。この点にお
いて、望ましい材料は特に、Ｎｉ５０Ｃｏ５０（Ｈｋ＝
２５００）、Ｎｉ７０Ｃｏ３０（Ｈｋ＝２５００）、Ｃ
ｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（Ｈｋ＝２０００）、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９（Ｈｋ＝２５０）である（なお、Ｈｋは本来的な材
料異方性を示す）。
大きな材料から構成されることが望ましい。この点にお
いて、望ましい材料は特に、Ｎｉ５０Ｃｏ５０（Ｈｋ＝
２５００）、Ｎｉ７０Ｃｏ３０（Ｈｋ＝２５００）、Ｃ
ｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（Ｈｋ＝２０００）、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９（Ｈｋ＝２５０）である（なお、Ｈｋは本来的な材
料異方性を示す）。
【００２２】ＭＲ層の厚みと幅の比率を選ぶこと並び
に、ＭＲ層の幾何形状及び材料を選ぶことで、センサ装
置の異方性磁界強度を増強する上記のデバイスの効果が
高められるが、同時に、上記のデバイスに依存せずにセ
ンサ装置の異方性磁界強度が増大されるので、こうした
選択は、独自の発明的側面と見なされるべきである。
に、ＭＲ層の幾何形状及び材料を選ぶことで、センサ装
置の異方性磁界強度を増強する上記のデバイスの効果が
高められるが、同時に、上記のデバイスに依存せずにセ
ンサ装置の異方性磁界強度が増大されるので、こうした
選択は、独自の発明的側面と見なされるべきである。
【００２３】さらなる独自の発明的側面によれば、角度
センサはさらに、磁化の反転コイルを適用する手段を備
え、その手段が少なくとも１つのコイル装置を備えるこ
とが望ましい。外部コイルや、上記のＭＲ素子のレイア
ウトに組み込まれた内部薄膜コイルも、コイル装置とし
て適している。
センサはさらに、磁化の反転コイルを適用する手段を備
え、その手段が少なくとも１つのコイル装置を備えるこ
とが望ましい。外部コイルや、上記のＭＲ素子のレイア
ウトに組み込まれた内部薄膜コイルも、コイル装置とし
て適している。
【００２４】角度センサが異方性磁界強度の範囲で用い
られて、ｓｉｎ（２α）周期性の特性とｓｉｎ（α）周
期性の特性を生成する限定された範囲で動くときに、特
性曲線の「反転」が補正される特定のポイントで、磁化
の反転コイルを少なくとも制御された方式で用いること
で、ＭＲセンサ素子において自発的な磁化の反転が導か
れる。
られて、ｓｉｎ（２α）周期性の特性とｓｉｎ（α）周
期性の特性を生成する限定された範囲で動くときに、特
性曲線の「反転」が補正される特定のポイントで、磁化
の反転コイルを少なくとも制御された方式で用いること
で、ＭＲセンサ素子において自発的な磁化の反転が導か
れる。
【００２５】したがって、本発明による角度センサは、
３６０°の角度検出の可能性を提供することで、ｓｉｎ
（α）周期性の特性が生成されるように、センサを用い
る磁界強度がセンサの異方性磁界強度を明らかに下回る
程度まで異方性磁界強度を増強することや、３６０°信
号を信号評価後に取得できるように、ｓｉｎ（２α）と
ｓｉｎ（α）の周期性間の限定的な範囲で発生する磁性
の自発的な反転（特性曲線の反転）を磁化の反転コイル
によって明確に定義することができる。
３６０°の角度検出の可能性を提供することで、ｓｉｎ
（α）周期性の特性が生成されるように、センサを用い
る磁界強度がセンサの異方性磁界強度を明らかに下回る
程度まで異方性磁界強度を増強することや、３６０°信
号を信号評価後に取得できるように、ｓｉｎ（２α）と
ｓｉｎ（α）の周期性間の限定的な範囲で発生する磁性
の自発的な反転（特性曲線の反転）を磁化の反転コイル
によって明確に定義することができる。
【００２６】応用分野によるが、両方の計測は結合して
用いても、個別に用いてもよい。
用いても、個別に用いてもよい。
【００２７】角度センサのさらに進んだ実施形態では、
後続して配列された信号電子回路又は組み込みの信号電
子回路を備え、こうした回路によって、磁化の反転コイ
ルを適用する手段が提供されていないで、センサ装置の
異方性磁界強度が角度センサを用いる磁界強度を明らか
に上回っていない場合でさえ、出力信号の後訂正、特
に、上記の特性曲線の反転のために必要となる訂正を生
成して、この場合には３６０°信号も取得するが、この
ように、この信号電子回路もまた独自の発明的側面をな
している。
後続して配列された信号電子回路又は組み込みの信号電
子回路を備え、こうした回路によって、磁化の反転コイ
ルを適用する手段が提供されていないで、センサ装置の
異方性磁界強度が角度センサを用いる磁界強度を明らか
に上回っていない場合でさえ、出力信号の後訂正、特
に、上記の特性曲線の反転のために必要となる訂正を生
成して、この場合には３６０°信号も取得するが、この
ように、この信号電子回路もまた独自の発明的側面をな
している。
【００２８】本発明はさらに、本出願の発明的方法に従
って望ましい方向の磁気支持磁界が生成される、望まし
い方向を持つ磁気抵抗素子を備える角度センサのセンサ
装置の異方性磁界強度を増強する方法に関する。このた
め、同様に大きな磁界強度で、３６０°の計測を可能に
するＡＭＲ角度センサを、簡素な方式において提供でき
る。これらの長所とさらなる長所は、本発明による角度
センサを参照しながら説明済みの長所に対応している。
って望ましい方向の磁気支持磁界が生成される、望まし
い方向を持つ磁気抵抗素子を備える角度センサのセンサ
装置の異方性磁界強度を増強する方法に関する。このた
め、同様に大きな磁界強度で、３６０°の計測を可能に
するＡＭＲ角度センサを、簡素な方式において提供でき
る。これらの長所とさらなる長所は、本発明による角度
センサを参照しながら説明済みの長所に対応している。
【００２９】支持磁界は恒久的にも断続的にも適用で
き、ここにおいて、上記のデバイス及び方法を用いて支
持磁界を生成することができる。特に、支持磁界はコイ
ル装置又は磁石で生成することが望ましいが、さらに、
ＭＲ素子の上又は横に装備される硬磁性層を用いて支持
磁界を生成することも可能である。
き、ここにおいて、上記のデバイス及び方法を用いて支
持磁界を生成することができる。特に、支持磁界はコイ
ル装置又は磁石で生成することが望ましいが、さらに、
ＭＲ素子の上又は横に装備される硬磁性層を用いて支持
磁界を生成することも可能である。
【００３０】本発明のこれらの側面及び他の側面は、こ
れ以降に説明される実施形態を参照することから明白
で、実施形態にそって明らかにされる。
れ以降に説明される実施形態を参照することから明白
で、実施形態にそって明らかにされる。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるセンサの可
能な実施形態として、３６０°ＡＭＲセンサ２０の基本
構造を図示している。このセンサは、１つがチップ側面
に平行に配置され（ｃｏｓブリッジ）、もう１つがそこ
に９０°の角度で配置されている（ｓｉｎブリッジ）、
別々の２つのＤＣセンサ装置４０、４２を備えている。
能な実施形態として、３６０°ＡＭＲセンサ２０の基本
構造を図示している。このセンサは、１つがチップ側面
に平行に配置され（ｃｏｓブリッジ）、もう１つがそこ
に９０°の角度で配置されている（ｓｉｎブリッジ）、
別々の２つのＤＣセンサ装置４０、４２を備えている。
【００３２】ブリッジ又はセンサ装置４０、４２は各
々、４つの異方性磁気抵抗素子（ＭＲ素子）６０及び６
２を備えている。
々、４つの異方性磁気抵抗素子（ＭＲ素子）６０及び６
２を備えている。
【００３３】角度センサ２０には、端子２２、２４、２
６、２８、３０、３２、３４、３６がある。
６、２８、３０、３２、３４、３６がある。
【００３４】図１に示されているＡＭＲセンサの可能な
実施形態は、図２に図示されている。角度センサ２０
は、各々がＭＲ素子６０及び６２を装備する２つのセン
サ装置（図１の４０、４２を参照）を備えている。
実施形態は、図２に図示されている。角度センサ２０
は、各々がＭＲ素子６０及び６２を装備する２つのセン
サ装置（図１の４０、４２を参照）を備えている。
【００３５】２つのセンサ装置のＭＲ素子６０、６２
は、ＭＲ素子６０、６２中の各々で互いに常に平行に配
置される異方性磁気抵抗片（ＭＲ片）８０を備えてい
る。
は、ＭＲ素子６０、６２中の各々で互いに常に平行に配
置される異方性磁気抵抗片（ＭＲ片）８０を備えてい
る。
【００３６】図２に示されている角度センサ２０の実施
形態では、抵抗ブリッジの斜線部分に逆斜線の理髪店の
看板柱を配した看板柱構造が実現されているが、センサ
はもちろん理髪店の看板柱なしで作成することもでき
る。２つのセンサ装置又はブリッジは、お互いに９０°
回転して、直角に配置される。
形態では、抵抗ブリッジの斜線部分に逆斜線の理髪店の
看板柱を配した看板柱構造が実現されているが、センサ
はもちろん理髪店の看板柱なしで作成することもでき
る。２つのセンサ装置又はブリッジは、お互いに９０°
回転して、直角に配置される。
【００３７】本発明によるＭＲ素子の実施形態は、角度
センサで用いてよいし、図１及び図２で示されている
が、これ以降では以下の一連の図面を参照しながら説明
する。
センサで用いてよいし、図１及び図２で示されている
が、これ以降では以下の一連の図面を参照しながら説明
する。
【００３８】図３（ａ）は、ＭＲ片８２を装備されたＭ
Ｒ素子６４の平面図である。この実施形態では、実質的
にＭＲ素子６４を完全に取り巻くコイル１００を、ＭＲ
素子の異方性磁界強度を増強するデバイスとして用い
る。
Ｒ素子６４の平面図である。この実施形態では、実質的
にＭＲ素子６４を完全に取り巻くコイル１００を、ＭＲ
素子の異方性磁界強度を増強するデバイスとして用い
る。
【００３９】コイル１００の形状は、ＭＲ素子６４の断
面をはっきりと見せて、ＭＲ片８２が設けられた面を有
している図３（ｂ）で特に見やすくなっている。なお、
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＭＲ素子の側面図であ
る。コイル１００は実質的に完全にＭＲ素子６４を囲ん
でいる。
面をはっきりと見せて、ＭＲ片８２が設けられた面を有
している図３（ｂ）で特に見やすくなっている。なお、
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＭＲ素子の側面図であ
る。コイル１００は実質的に完全にＭＲ素子６４を囲ん
でいる。
【００４０】この場合には、コイル断面が長方形になっ
ているが、例えば円形断面といった他の任意の幾何形状
を想定してもよい。
ているが、例えば円形断面といった他の任意の幾何形状
を想定してもよい。
【００４１】コイル１００は、矢印Ｈで磁界を示されて
いるコアにおいて実質的に均質の磁界を生成する。その
磁界は、ＭＲ片の望ましい方向に一致するＭＲ片の縦の
並びに実質的に平行に揃えられる。図３に示されている
実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１２０ｎｍ、幅ｂが６μ
ｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝２×１０−２という比率が実現され
ている。
いるコアにおいて実質的に均質の磁界を生成する。その
磁界は、ＭＲ片の望ましい方向に一致するＭＲ片の縦の
並びに実質的に平行に揃えられる。図３に示されている
実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１２０ｎｍ、幅ｂが６μ
ｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝２×１０−２という比率が実現され
ている。
【００４２】図４（ａ）、（ｂ）は、本発明によるＭＲ
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図４（ａ）
は、ＭＲ素子６６の平面図で、図３（ａ）で示された素
子と同じように、縦のＭＲ片８４を見せている。
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図４（ａ）
は、ＭＲ素子６６の平面図で、図３（ａ）で示された素
子と同じように、縦のＭＲ片８４を見せている。
【００４３】この実施形態では、ＭＲ素子を取り巻いて
いるコイルの代わりに、内部コイル１２０が設けられて
いる。内部コイル１２０の構造は、１つ以上のコイル１
２０によって生成される磁界Ｈが図３に示された実施形
態で生成された磁界Ｈに実質的に一致している図４
（ｂ）から特に明らかである。なお、図４（ｂ）は、図
４（ａ）のｂで示される部分の拡大図である。
いるコイルの代わりに、内部コイル１２０が設けられて
いる。内部コイル１２０の構造は、１つ以上のコイル１
２０によって生成される磁界Ｈが図３に示された実施形
態で生成された磁界Ｈに実質的に一致している図４
（ｂ）から特に明らかである。なお、図４（ｂ）は、図
４（ａ）のｂで示される部分の拡大図である。
【００４４】コイル１２０はレイアウトに組み込まれた
薄膜コイルなので、コイル付きＭＲ素子の寸法は図３に
示された実施形態の寸法よりも明らかに縮小できる。図
４に示された実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１２０ｎ
ｍ、幅ｂが６μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝２×１０−２という
比率が実現されている。
薄膜コイルなので、コイル付きＭＲ素子の寸法は図３に
示された実施形態の寸法よりも明らかに縮小できる。図
４に示された実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１２０ｎ
ｍ、幅ｂが６μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝２×１０−２という
比率が実現されている。
【００４５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明によるＭＲ
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図５（ａ）
は、上記実施形態の平面図である。この実施形態では、
ＭＲ素子６８は、磁北極Ｎと磁南極Ｓを持つ永久磁石１
４０上に装備される。また、この実施形態では、磁石１
４０は、ＭＲ片８６の方向及びＭＲ素子の望ましい方向
に揃えられた磁界Ｈを生成する。
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図５（ａ）
は、上記実施形態の平面図である。この実施形態では、
ＭＲ素子６８は、磁北極Ｎと磁南極Ｓを持つ永久磁石１
４０上に装備される。また、この実施形態では、磁石１
４０は、ＭＲ片８６の方向及びＭＲ素子の望ましい方向
に揃えられた磁界Ｈを生成する。
【００４６】図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された実施
形態の側面図で、磁石１４０上のＭＲ素子６８の構造形
式及び配置をはっきりと見せている。
形態の側面図で、磁石１４０上のＭＲ素子６８の構造形
式及び配置をはっきりと見せている。
【００４７】図５で示された実施形態は図４の実施形態
と比較して大きいが、この実施形態は低コストで製造で
き、磁石が相対的に鈍感なので非常に信頼性が高い。図
５の実施形態中のＭＲ片は、厚みｄが１８０ｎｍ、幅ｂ
が６μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝３×１０−２という比率が実
現されている。
と比較して大きいが、この実施形態は低コストで製造で
き、磁石が相対的に鈍感なので非常に信頼性が高い。図
５の実施形態中のＭＲ片は、厚みｄが１８０ｎｍ、幅ｂ
が６μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝３×１０−２という比率が実
現されている。
【００４８】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明によるＭＲ
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図６（ａ）
は、上記実施形態のＭＲ素子の構成を示す平面図であ
り、図６（ｂ）は、側面図である。ＭＲ素子７０は、図
３〜図５に示されているＭＲ素子に対して実質的に相似
形で、この実施形態においては、ＭＲ片８８もＭＲ素子
７０の望ましい方向に揃えられている。
素子のさらに進んだ実施形態を示している。図６（ａ）
は、上記実施形態のＭＲ素子の構成を示す平面図であ
り、図６（ｂ）は、側面図である。ＭＲ素子７０は、図
３〜図５に示されているＭＲ素子に対して実質的に相似
形で、この実施形態においては、ＭＲ片８８もＭＲ素子
７０の望ましい方向に揃えられている。
【００４９】図６（ｂ）から特に明らかなように、この
実施形態では、硬磁性層１６０はＭＲ素子７０の表面上
に設けられ、ＭＲ片８８のすぐ上のところに装備されて
いる。この硬磁性層１６０についても、これ以前に説明
された実施形態と類似して、望ましい方向で磁界Ｈを生
成する。
実施形態では、硬磁性層１６０はＭＲ素子７０の表面上
に設けられ、ＭＲ片８８のすぐ上のところに装備されて
いる。この硬磁性層１６０についても、これ以前に説明
された実施形態と類似して、望ましい方向で磁界Ｈを生
成する。
【００５０】これまで示されてきた一連の実施形態は、
センサ装置の異方性磁界強度を増強するＭＲ素子及びデ
バイスの候補例を表しているにすぎないことには注意を
払うべきだが、当業者は本発明の範囲内でさらに進んだ
変更を工夫できるだろうし、特に、示されてきた一連の
実施形態の部分的な素子を組み合わせてもよい。
センサ装置の異方性磁界強度を増強するＭＲ素子及びデ
バイスの候補例を表しているにすぎないことには注意を
払うべきだが、当業者は本発明の範囲内でさらに進んだ
変更を工夫できるだろうし、特に、示されてきた一連の
実施形態の部分的な素子を組み合わせてもよい。
【００５１】ＭＲ片（８０、８２、８４、８６、８８）
は、図３〜図６でのみ線で図示されている。しかしなが
ら、幾何設計は、特に図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
されているように、本発明に従っていれば様々でよい。
図６に示されている実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１６
０ｎｍ、幅ｂが４μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝４×１０−２と
いう比率が実現されている。
は、図３〜図６でのみ線で図示されている。しかしなが
ら、幾何設計は、特に図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
されているように、本発明に従っていれば様々でよい。
図６に示されている実施形態のＭＲ片は、厚みｄが１６
０ｎｍ、幅ｂが４μｍで、Ｖ＝ｄ／ｂ＝４×１０−２と
いう比率が実現されている。
【００５２】図７（ａ）は、矩形で、望ましい方向に長
さｌ、幅ｂのＭＲ片９０を示している。図７（ｂ）は双
曲面形状のＭＲ片９２のさらに進んだ実施形態の候補を
示し、図７（ｃ）に示されているＭＲ片９４は星状の形
状をしている。
さｌ、幅ｂのＭＲ片９０を示している。図７（ｂ）は双
曲面形状のＭＲ片９２のさらに進んだ実施形態の候補を
示し、図７（ｃ）に示されているＭＲ片９４は星状の形
状をしている。
【００５３】長さｌと幅ｂのアスペクト比は、異方性磁
界強度を大きくするためにできるだけ大きいものを選
び、示されている実施形態において５０から２００の範
囲に収める。特に望ましいアスペクト比は約１００であ
る。
界強度を大きくするためにできるだけ大きいものを選
び、示されている実施形態において５０から２００の範
囲に収める。特に望ましいアスペクト比は約１００であ
る。
【００５４】先行する説明、図面及び請求項で開示され
た本発明の特徴的な機能は、その様々な実施形態で本発
明を実現するうえで、個別にも、任意の組み合わせでも
不可欠である。
た本発明の特徴的な機能は、その様々な実施形態で本発
明を実現するうえで、個別にも、任意の組み合わせでも
不可欠である。
【図１】本発明による角度センサの実施形態の基本構造
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図２】基本構造が図１に示されるセンサの一実施形態
を示す図。
を示す図。
【図３】本発明によるＭＲ片及び外部コイルを装備した
ＭＲ素子の実施形態の構成を示す図。
ＭＲ素子の実施形態の構成を示す図。
【図４】本発明による内部コイル付きＭＲ素子の実施形
態の構成を示す図。
態の構成を示す図。
【図５】本発明による外部磁石付きＭＲ素子の実施形態
の構成を示す図。
の構成を示す図。
【図６】本発明による硬磁性層付きＭＲ素子の実施形態
の構成を示す図。
の構成を示す図。
【図７】本発明によるＭＲ片の可能な幾何形状を示す
図。
図。
２０ 角度センサ
２２ 端子
２４ 端子
２６ 端子
２８ 端子
３０ 端子
３２ 端子
３４ 端子
３６ 端子
４０ センサ装置
４２ センサ装置
６０ ＭＲ素子（センサ装置４０）
６２ ＭＲ素子（センサ装置４２）
６４ ＭＲ素子
６６ ＭＲ素子
６８ ＭＲ素子
７０ ＭＲ素子
８０ ＭＲ片
８２ ＭＲ片
８４ ＭＲ片
８６ ＭＲ片
８８ ＭＲ片
９０ ＭＲ片
９２ ＭＲ片
９４ ＭＲ片
１００ コイル
１２０ コイル
１４０ 磁石
１６０ 硬磁性層
ｌ ＭＲ片の長さ
ｂ ＭＲ片の幅
ｄ ＭＲ片の厚み
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ
(72)発明者 ミヒャエル、デシャー
ドイツ連邦共和国ハンブルク、ラッテンカ
ンプ、96
Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA06 BA08 CA10
DA05 DD03 GA52 GA58 GA79
KA01
2F077 AA27 CC02 JJ01 JJ09 VV01
VV33
2G017 AA01 AA03 AC09 AD55
Claims (21)
- 【請求項１】異方性磁気抵抗素子を有する少なくとも２
つの角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を備える角
度センサにおいて、前記角度センサがセンサ装置の異方
性磁界強度を増強する少なくとも１つのデバイスを備え
ることを特徴とする角度センサ。 - 【請求項２】異方性磁界強度を増強する前記デバイス
は、少なくとも１つのコイル装置を備えることを特徴と
する請求項１記載の角度センサ。 - 【請求項３】前記コイル装置は、磁気抵抗素子毎に磁気
抵抗素子を実質的に取り巻く少なくとも１つの外部コイ
ルを備えることを特徴とする請求項２記載の角度セン
サ。 - 【請求項４】前記コイル装置は、各磁気抵抗素子のレイ
アウトに組み込まれた少なくとも１つの薄膜コイルを備
えることを特徴とする請求項２又は３に記載の角度セン
サ。 - 【請求項５】異方性磁界強度を増強する前記デバイス
は、少なくとも１つの磁石を備えることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載の角度センサ。 - 【請求項６】前記磁石は、永久磁石であることを特徴と
する請求項５記載の角度センサ。 - 【請求項７】少なくとも磁気抵抗素子は、その上に硬磁
性層を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
かに記載の角度センサ。 - 【請求項８】少なくとも２つの角オフセットセンサ装置
は、９０°の角オフセットを持つことを特徴とする請求
項１乃至７のいずれかに記載の角度センサ。 - 【請求項９】磁気抵抗素子は、磁気抵抗層、特に、厚み
ｄと幅ｂの比率Ｖの値がＶ≧４×１０−３、望ましくは
Ｖ≧１．５×１０−２となるような、所定の長さｌ、幅
ｂ、厚みｄの磁気抵抗片を備えることを特徴とする請求
項１乃至８のいずれかに記載の角度センサ。 - 【請求項１０】磁気抵抗層の少なくとも１つが矩形、双
曲面、及び星状の形状のいずれかを有することを特徴と
する請求項９記載の角度センサ。 - 【請求項１１】磁気抵抗層の少なくとも１つが、Ｎｉ
５０Ｃｏ５０、Ｎｉ７０Ｃｏ３０、Ｃｏ ７２Ｆｅ８Ｂ
２０、Ｎｉ８１Ｆｅ１９のグループのうち１つの材料か
ら構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいず
れかに記載の角度センサ。 - 【請求項１２】磁化の反転パルスを印加する手段をさら
に備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
に記載の角度センサ。 - 【請求項１３】磁化の反転パルスを印加する手段は、少
なくとも１つのコイル装置を備えることを特徴とする請
求項１２記載の角度センサ。 - 【請求項１４】後続して配列される信号電子機器又は組
み込まれる信号電子機器をさらに備えることを特徴とす
る請求項１乃至１３のいずれかに記載の角度センサ。 - 【請求項１５】異方性磁気抵抗素子を有する少なくとも
２つの角オフセット異方性磁気抵抗センサ装置を備える
角度センサ、特に請求項１乃至１４のいずれかに記載の
角度センサであって、前記磁気抵抗素子は、磁気抵抗
層、特に実質的に双曲面又は星状の形状を持つ磁気抵抗
片を備えることを特徴とする角度センサ。 - 【請求項１６】磁気抵抗素子の望ましい方向で存在する
磁気支持磁界が生成されることを特徴とする磁気抵抗素
子を有する角度センサのセンサ装置の異方性磁界強度を
増強する方法。 - 【請求項１７】前記磁気支持磁界は、恒久的又は断続的
に生成されることを特徴とする請求項１６に記載の方
法。 - 【請求項１８】前記磁気支持磁界は、少なくとも１つの
コイル装置によって生成されることを特徴とする請求項
１６又は１７記載の方法。 - 【請求項１９】前記磁気支持磁界は、磁石によって生成
されることを特徴とする請求項１６又は１７記載の方
法。 - 【請求項２０】前記磁気支持磁界は、磁気抵抗素子の少
なくとも１つに設けられた硬磁性層によって生成される
ことを特徴とする請求項１６又は１７記載の方法。 - 【請求項２１】磁気抵抗素子を有する角度センサのセン
サ装置の異方性磁界強度を増強する方法、特に請求項１
６乃至２０のいずれかに記載の方法において、磁気抵抗
素子は、磁気抵抗層、特に磁気抵抗層が実質的に双曲面
又は星状の形状が与えられる磁気抵抗片から作成される
ことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10118650A DE10118650A1 (de) | 2001-04-14 | 2001-04-14 | Winkelsensor sowie Verfahren zum Erhöhen der Anisotropiefeldstärke einer Sensoreinheit eines Winkelsensors |
| DE10118650.9 | 2001-04-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004480A true JP2003004480A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=7681626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002110762A Pending JP2003004480A (ja) | 2001-04-14 | 2002-04-12 | 角度センサ及び角度センサのセンサ装置の異方性磁界強度を増強する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6831456B2 (ja) |
| EP (1) | EP1249686A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003004480A (ja) |
| DE (1) | DE10118650A1 (ja) |
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