JP2015078856A - 回転角センサ - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転状態の検出精度が向上された回転角センサを提供する。【解決手段】第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）が交互に連結されて成る回転体（２００）の回転角を検出する回転角センサ。磁化方向が変化する自由層、磁化方向が固定されたピン層、および、ピン層と自由層との間に設けられた非磁性の中間層を有する複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を備えている。回転体との離間距離が一定となるように、複数の磁気抵抗効果素子それぞれは回転方向に沿って並んで配置されており、複数の磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向は、回転体の回転中心（ＲＣ）から回転方向に直交するように延びた１つの基準線（ＢＬ）と回転方向に沿った磁気抵抗効果素子との離間距離β、および、回転方向において隣接する一対の第１磁極部と第２磁極部の横幅αによって決定されている。【選択図】図５

Description

本発明は、回転方向に沿って、回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部と第２磁極部とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体の回転角を検出する回転角センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、磁気部材の磁極配列面に対向する１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子と、を有する磁気式位置検出装置が提案されている。１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子は、磁気部材の磁極配列方向に対して略垂直に１列配置されている。この配列により、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が同一となっている。

特開２００６−２３１７９号公報

上記した特許文献１に記載の磁気式位置検出装置では、１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子が磁極配列方向に対して略垂直に１列配置されている。そのため、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が同一となっている。しかしながらこの構成の場合、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子と磁気部材との対向間隔が異なるために、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が異なる。これを解消するために、１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子を、磁極配列方向に対して１列配置した構成も考えられる。しかしながらこの配列の場合、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が異なることとなる。

以上、示したように、上記した２つのいずれの配列の場合においても、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度と向きの両方を同一とすることができない。そのため、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子の抵抗値に依存する電気信号に基づいて、磁気部材（回転体）の回転状態を高精度に検出することが困難であった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、回転体の回転状態の検出精度が向上された回転角センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、回転方向に沿って、回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体（２００）の回転角を検出する回転角センサであって、回転体から発生される回転磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定されたピン層と、ピン層と自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、ピン層と自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を備え、回転体の外側面との離間距離が一定となるように、複数の磁気抵抗効果素子それぞれは回転方向に沿って並んで配置されており、複数の磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向は、回転体の回転中心（ＲＣ）から回転方向に直交するように延びた１つの基準線（ＢＬ）と回転方向に沿った磁気抵抗効果素子との離間距離β、および、回転方向において隣接する一対の第１磁極部と第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さαによって決定されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）が回転方向に沿って並んで配置されている。これによれば、複数の磁気抵抗効果素子が回転方向ではなく、回転方向に対して垂直な基準線（ＢＬ）に沿う方向に並んで配置された構成とは異なり、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を透過する磁束の強度が同一となる。ただしこの配置の場合、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を透過する磁束の位相が異なる。換言すれば、基準線（ＢＬ）と磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）の並ぶ回転方向との交点を透過する磁束（以下、基準磁束（ＢＭ）と示す）と、基準線（ＢＬ）から回転方向に離れた位置を透過する磁束とは位相が異なる。したがって各磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）の自由層の磁化方向は、自身が基準線（ＢＬ）上に位置する場合とは異なることとなる。

しかしながら、上記した基準磁束（ＢＭ）との位相ズレは、第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）それぞれの横幅の合算された長さα、および、回転方向に沿った基準線（ＢＬ）と磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）との離間距離βによって決定される。そのため、本発明では複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）それぞれのピン層の磁化方向を離間距離βと長さαとによって決定することで、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を透過する磁束の基準磁束（ＢＭ）との位相ズレを抑制している。これにより複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を透過する磁束の強度が同一となるとともに、位相ズレも無くなる。これら複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）の抵抗値に依存する電気信号に基づくことで、回転体（２００）の回転状態の検出精度が向上される。

なお、上記したように回転体（２００）は回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）とが交互に連結され、その外側面が円形を成している。そのため回転体（２００）の単位回転量は３６０°／αと表すことができる。また、基準線（ＢＬ）と磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）とは離間距離βだけ離れている。そのため磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を透過する磁束は基準磁束（ＢＭ）に対して単位回転量３６０°／αに離間距離βを乗算した（３６０°／α）×βとなる。以上により、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）のピン層の磁化方向を（３６０°／α）×βだけ回転させれば、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を基準磁束（ＢＭ）が透過しているとみなされる。これにより、複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）の位相ズレが抑制される。

特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

第１実施形態に係る回転角センサと回転体の位置を示す上面図である。 回転角センサと回転体の位置を拡大して示す拡大上面図である。 磁気抵抗効果素子によって組まれたブリッジ回路を示す回路図である。 中点電位とパルス信号を示すタイミングチャートである。 ピン層の磁化方向を示す模式図である。 自由層の磁化方向を示す模式図である。 ピン層と自由層の磁化方向を示す模式図である。 比較構成のピン層の磁化方向を示す模式図である。 比較構成のピン層と自由層の磁化方向を示す模式図である。 回転角センサの変形例を示す拡大上面図である。 図１０に示す基準線の場合に定められるピン層の磁化方向を示す模式図である。 磁気抵抗効果素子の配置の変形例を示す拡大上面図である。 磁気抵抗効果素子の数の変形例を示す拡大上面図である。 第１フルブリッジ回路を示す回路図である。 第２フルブリッジ回路を示す回路図である。 回転角センサと回転体の位置の変形例を示す上面図である。 回転角センサと回転体の位置の変形例を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図９に基づいて、本実施形態に係る回転角センサを説明する。なお図５では中心ＣＰを×印で示すが、図６〜図９では図面を簡明とするために中心ＣＰを省略している。また図６，７，９では第１磁気抵抗効果素子１１を透過する基準磁束ＢＭを実線矢印で示し、基準磁束ＢＭとの位相ズレを明示するために、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれを透過する磁束を実線矢印で示すとともに、基準磁束ＢＭを一点鎖線矢印で示している。

以下においては、回転体２００と回転角センサ１００それぞれが配置された同一の高さ位置における平面を規定平面、規定平面に直交し、回転体２００の回転中心ＲＣを貫く方向を軸方向と示す。また、軸方向の周りの方向を回転方向（図１に示す曲線矢印）と示し、規定平面に沿い、回転中心ＲＣから延びる方向を径方向と示す。

回転角センサ１００は、回転体２００の回転に伴って周期的に向きが変動する回転磁界の変化に基づいて、回転体２００の回転状態を検出するものである。図１に示すように、回転体２００は回転方向に沿って第１磁極部２１０と第２磁極部２２０とが交互に連結されて成り、その外側面が円形を成している。第１磁極部２１０と第２磁極部２２０は回転方向の横幅が互いに相等しく、径方向から見たそれぞれの外側面が矩形を成している。第１磁極部２１０はＮ極であり、第２磁極部２２０はＳ極なので、第１磁極部２１０から第２磁極部２２０へと磁束が流れる。隣接する磁極部２１０，２２０間を流れる磁束は、半円形の軌跡を描くように流れる。回転角センサ１００は、この半円形の軌跡を描く回転磁界の回転による周期的な変化を検出する。なお、回転体２００は反時計周りに正転し、時計周りに逆転する。

回転角センサ１００は、磁束の向きの変化を電気信号に変換する磁電変換部１０，２０と、磁電変換部１０，２０それぞれの出力信号に基づいて回転体２００の回転角を算出する算出部５０と、を有する。第１磁電変換部１０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２を有し、第２磁電変換部２０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２を有する。磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、図１および図２に示すように、回転体２００の外側面との離間距離が一定となるように回転方向に沿って並んで配置されている。第１磁気抵抗効果素子１１は回転中心ＲＣから径方向に沿って延びる基準線ＢＬ（図１および図２において一点鎖線で示す線）上に位置し、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれは基準線ＢＬから回転方向に沿って所定距離離れている。詳しく言えば、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬと距離β１だけ離間し、第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬと距離β２だけ離間し、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬと距離β３だけ離間している。なお本実施形態では回転体２００が正転する場合において最上流に位置する第１磁気抵抗効果素子１１と最下流に位置する第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離が、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαと等しくなっている。そして磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、厳密に言えば、回転方向における第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２の中点の接線方向に並んでいる。なお、第１磁電変換部１０が有する磁気抵抗効果素子１１，１２が特許請求の範囲に記載の第１磁気抵抗効果素子に相当し、第２磁電変換部２０が有する磁気抵抗効果素子が特許請求の範囲に記載の第２磁気抵抗効果素子２１，２２に相当する。

磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、図示しないが、自由層と、ピン層と、中間層と、を有する。自由層は印加磁界に応じて磁化方向が変化し、ピン層は磁化方向が固定されている。中間層は非磁性材料から成り、ピン層と自由層との間に設けられている。本実施形態では中間層が導電性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは巨大磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれはピン層と自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する性質を有する。そのため回転磁界の変動に伴って自由層の磁化方向が変動すると、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれの抵抗値が変動する。

自由層とピン層それぞれの磁化方向が平行の場合に最も抵抗値が低く変動し、反平行の場合に最も高く変動する。対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向はだいたい径方向に沿い、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層は自身が位置する回転方向の接線方向にだいたい沿っている。そのため、対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２のピン層の磁化方向と、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２のピン層の磁化方向とは略直交の関係となっている。また対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２のピン層の磁化方向は互いに略反平行となり、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２のピン層の磁化方向も互いに略反平行となっている。そのため、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化が反対となり、２つの磁気抵抗効果素子の内の一方の抵抗値が小さくなる場合、他方の抵抗値が大きくなる。なお、上記のように、ピン層の磁化方向の関係を説明するのにだいたいという単語や略という単語を用いたが、それは後で回転角センサ１００の特徴点の説明にて述べるように、正確には磁化方向が径方向、接線方向に沿っていないからである。また、磁化方向は反平行、および、直交の関係ではないからである。上記のように表現したのは、説明を簡便とするために過ぎない。

図３に示すように、対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２、および、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれによってブリッジ回路が組まれ、その中点電位が回転体２００の回転状態に基づく信号として算出部５０に入力される。第１磁電変換部１０の有する１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２によって第１ハーフブリッジ回路が組まれ、第２磁電変換部２０の有する１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２によって第２ハーフブリッジ回路が組まれている。上記したように対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれが有するピン層の磁化方向と、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれが有するピン層の磁化方向とは略直交の関係となっている。そのため、第１ハーフブリッジ回路の中点電位（以下、第１中点電位と示す）と第２ハーフブリッジ回路の中点電位（以下、第２中点電位と示す）とは位相差がだいたい９０°（２７０°）あり、第１中点電位を正弦波とすると、第２中点電位は余弦波となる。

算出部５０は、上記した中点電位に基づいて回転体２００の回転角を算出するものである。算出部５０は、第１閾値と第２閾値とを有する。図４に示すように、算出部５０は第１ハーフブリッジ回路の中点電位と第１閾値とを比較して第１ブリッジ回路の中点電位を第１パルス信号に変換し、第２ハーフブリッジ回路の中点電位と第２閾値とを比較して第２ブリッジ回路の中点電位を第２パルス信号に変換する。算出部５０は、第１パルス信号および第２パルス信号の少なくとも一方の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジをカウントし、そのカウント数に基づいて回転体２００の回転角を算出する。

次に、回転角センサ１００の特徴点を説明する。上記したように磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれはピン層を有するが、その磁化方向は、基準線ＢＬと自身との回転方向における離間距離β、および、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαによって決定されている。図５に示すように、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれは、回転体２００の回転中心ＲＣと自身の中心ＣＰとを結ぶ径方向に沿う第１仮想直線ＶＬ１１，ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて（α／３６０°）×β回転した方向にピン層の磁化方向が沿っている。第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するので、基準線ＢＬとの離間距離はゼロとなっている。そのため、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は第１仮想直線ＶＬ１１に沿っている。これに対して、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬからβ１離間している。そのため、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は第２仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにてθ１＝（α／３６０°）×β１回転した方向に沿っている。回転体２００が正転する場合、図２に示すように第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。この位相遅れを補うために、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ１回転している。なお、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向が上記したように回転していない場合、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は径方向に沿い、互いに反平行の関係となっている。磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は１８０°−θ１異なっている。

磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは、自身の中心ＣＰを通る回転方向の接線方向に沿う第２仮想直線ＶＬ２１，ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて（α／３６０°）×β回転した方向にピン層の磁化方向が沿っている。第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬからβ２離間している。そのため、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにてθ２＝（α／３６０°）×β２回転した方向に沿っている。また第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬからβ３離間している。そのため、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は第４仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにてθ３＝（α／３６０°）×β３回転した方向に沿っている。回転体２００が正転する場合、図２に示すように磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。この位相遅れを補うために、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ２回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ３回転している。なお、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層の磁化方向が上記したように回転していない場合、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層の磁化方向は反平行の関係となっている。磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は１８０°−（α／３６０°）×（β３−β２）異なっている。

次に本実施形態に係る回転角センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２は回転方向に沿って並んで配置されている。これによれば、複数の磁気抵抗効果素子が回転方向ではなく、径方向に並んで配置された構成とは異なり、各磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が同一となる。ただし上記した配置の場合、各磁気抵抗効果素子１１，２１，２１，２２を透過する磁束の位相が異なる。換言すれば、基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の並ぶ回転方向との交点を透過する磁束（以下、基準磁束ＢＭと示す）と、基準線ＢＬから回転方向に離れた位置を透過する磁束とは位相が異なる。図６に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するので、第１磁気抵抗効果素子１１の自由層の磁化方向は、基準磁束ＢＭと同等の向きを向く。しかしながら、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれは基準線ＢＬから離れているので、それぞれの自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭとは異なる方向を向く。

しかしながら、上記した基準磁束ＢＭとの位相ズレは、第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さα、および、回転方向に沿った基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２との離間距離βによって決定される。詳しく言えば、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも下流側にβ１だけ離間しているので、第２磁気抵抗効果素子１２の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ１回転した方向に沿っている。同じく、第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬよりも下流側にβ２だけ離間しているので、第３磁気抵抗効果素子２１の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ２回転した方向に沿っている。また、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬよりも下流側にβ３だけ離間しているので、第４磁気抵抗効果素子２２の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ３回転した方向に沿っている。このように、各磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の自由層の磁化方向は、自身が基準線ＢＬ上に位置する場合とは異なるが、その位相ズレはαとβとによって表される。

これに対して、本実施形態では複数の磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれのピン層の磁化方向を離間距離βと長さαによって決定し、各磁気抵抗効果素子１１，２１，２１，２２の位相ズレを抑制している。詳しく言えば、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するのでピン層の磁化方向を回転させていないが、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ１回転している。同じく、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ２回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ３回転している。

これにより、図７に示すように、磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれのピン層および自由層の磁化方向は反時計周りにθ１、θ２、θ３回転する。そのため、ピン層の磁化方向が基準線ＢＬからの離間距離βに応じて回転されていない構成（図８および図９に示す比較構成）とは異なり、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが有するピン層と自由層の磁化方向の成す角度が基準線ＢＬ上に位置する場合と同一となる。以上により、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２を透過する磁束の強度が同一となるとともに、位相ズレも無くなる。これら磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の抵抗値に依存する電気信号（ブリッジ回路の中点電位）に基づくことで、回転体２００の回転状態の検出精度が向上される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では第１磁気抵抗効果素子１１が基準線ＢＬ上に位置する例を示した。しかしながら基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれの位置とは任意に設定することができる。例えば図１０に示すように、基準線ＢＬが、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の真ん中を通るように決定しても良い。この場合、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬからβ４離間し、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬからβ５離間している。そして第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬからβ６離間し、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬからβ７離間している。これにより、図１１に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１１から自身の中心ＣＰ周りにてθ４＝（α／３６０°）×β４回転し、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにてθ５＝（α／３６０°）×β５回転している。また、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにてθ６＝（α／３６０°）×β６回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにてθ７＝（α／３６０°）×β７回転している。回転体２００が正転する場合、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれは基準線ＢＬよりも上流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子１１，１２は基準線ＢＬよりも位相が速い関係となっている。これを補うために、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１１から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ４回転している。同じく第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ５回転している。これとは異なり、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子２１，２２は基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。これを補うために、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ６回転している。同じく第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ７回転している。

本実施形態では、図１および図２に示すように、回転方向に沿って、第１磁気抵抗効果素子１１、第２磁気抵抗効果素子１２、第３磁気抵抗効果素子２１、第４磁気抵抗効果素子２２が順に並ぶ例を示した。しかしながらこれら磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の並び順は上記例に限定されない。例えば図１２に示すように、回転方向に沿って、第１磁気抵抗効果素子１１、第３磁気抵抗効果素子２１、第４磁気抵抗効果素子２２、第２磁気抵抗効果素子１２が順に並ぶ構成を採用することもできる。

本実施形態では、第１磁電変換部１０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２を有し、第２磁電変換部２０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２を有する例を示した。しかしながら、磁電変換部１０，２０それぞれが有する対を成す磁気抵抗効果素子の組数としては上記例に限定されず、複数でも良い。例えば図１３に示すように、第１磁電変換部１０が２組の対を成す磁気抵抗効果素子１１〜１４を有し、第２磁電変換部２０が２組の対を成す磁気抵抗効果素子２１〜２４を有する構成を採用することもできる。この場合、図１４および図１５に示すように、２組の対を成す磁気抵抗効果素子１１〜１４によって第１ハーフブリッジ回路が２つ組まれ、これらによって第１フルブリッジ回路が組まれる。また、２組の対を成す磁気抵抗効果素子２１〜２４によって第２ハーフブリッジ回路が２つ組まれ、これらによって第２フルブリッジ回路が組まれる。算出部５０は、これら２つのフルブリッジ回路の中点電位に基づいて、回転体２００の回転角を算出する。

本実施形態では、図１および図２に示すように、回転方向における第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離が、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαと等しくなっている例を示した。しかしながら、図１６および図１７に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離は上記例に限定されない。回転方向における磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の離間距離は限定されない。

本実施形態では磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが回転方向における磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の中点の接線方向に並んでいる例を示した。しかしながら、図１６および図１７に示すように、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは回転方向に並んでいても良い。

本実施形態では、回転体２００の全体形状を特に限定しなかった。しかしながら回転体２００の全体形状としては円環形状や円盤形状を採用することができる。

本実施形態では中間層が導電性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが巨大磁気抵抗効果素子である例を示した。しかしながら、中間層が絶縁性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれがトンネル磁気抵抗効果素子である構成を採用することもできる。

１１〜１４，２１〜２４・・・磁気抵抗効果素子
１００・・・回転角センサ
２００・・・回転体
２１０・・・第１磁極部
２２０・・・第２磁極部
ＲＣ・・・回転中心
ＢＬ・・・基準線

Claims (8)

1. 回転方向に沿って、前記回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体（２００）の回転角を検出する回転角センサであって、
   前記回転体から発生される回転磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定されたピン層と、前記ピン層と前記自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、前記ピン層と前記自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する複数の磁気抵抗効果素子（１１〜１４，２１〜２４）を備え、
   前記回転体の外側面との離間距離が一定となるように、複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれは前記回転方向に沿って並んで配置されており、
   複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向は、前記回転体の回転中心（ＲＣ）から前記回転方向に直交するように延びた１つの基準線（ＢＬ）と前記回転方向に沿った前記磁気抵抗効果素子との離間距離β、および、前記回転方向において隣接する一対の前記第１磁極部と前記第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さαによって決定されていることを特徴とする回転角センサ。
2. 複数の前記磁気抵抗効果素子として、
   前記回転体の回転中心と自身の中心（ＣＰ）とを結ぶ第１仮想直線（ＶＬ１１、ＶＬ１２）から自身の中心周りにて（α／３６０°）×β回転した方向に前記ピン層の磁化方向が沿う複数の第１磁気抵抗効果素子（１１〜１４）と、
   前記自身の中心を通る前記回転方向の接線方向に沿う第２仮想直線（ＶＬ２１、ＶＬ２２）から自身の中心周りにて（α／３６０°）×β回転した方向に前記ピン層の磁化方向が沿う複数の第２磁気抵抗効果素子（２１〜２４）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
3. 複数の前記第１磁気抵抗効果素子の内の少なくとも１組は、前記ピン層の磁化方向が１８０°−（α／３６０°）×β異なり、これらによって第１ブリッジ回路が組まれ、
   複数の前記第２磁気抵抗効果素子の内の少なくとも１組は、前記ピン層の磁化方向が１８０°−（α／３６０°）×β異なり、これらによって第２ブリッジ回路が組まれていることを特徴とする請求項２に記載の回転角センサ。
4. 前記第１ブリッジ回路の中点電位と前記第２ブリッジ回路の中点電位とに基づいて、前記回転体の回転角を算出する算出部（５０）を有することを特徴とする請求項３に記載の回転角センサ。
5. 前記算出部は、
   第１閾値と第２閾値とを有し、
   前記第１ブリッジ回路の中点電位と前記第１閾値とを比較して前記第１ブリッジ回路の中点電位を第１パルス信号に変換し、
   前記第２ブリッジ回路の中点電位と前記第２閾値とを比較して前記第２ブリッジ回路の中点電位を第２パルス信号に変換することを特徴とする請求項４に記載の回転角センサ。
6. 前記算出部は、前記第１パルス信号および前記第２パルス信号の少なくとも一方の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジをカウントし、そのカウント数に基づいて前記回転体の回転角を算出することを特徴とする請求項５に記載の回転角センサ。
7. 前記第１ブリッジ回路は、１組の対を成す前記第１磁気抵抗効果素子によって組まれた第１ハーフブリッジ回路を少なくとも１つ有し、
   前記第２ブリッジ回路は、１組の対を成す前記第２磁気抵抗効果素子によって組まれた第２ハーフブリッジ回路を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載の回転角センサ。
8. 前記第１ブリッジ回路は、前記第１ハーフブリッジ回路を２つ有し、これらによって組まれた第１フルブリッジ回路を有し、
   前記第２ブリッジ回路は、前記第２ハーフブリッジ回路を２つ有し、これらによって組まれた第２フルブリッジ回路を有することを特徴とする請求項７に記載の回転角センサ。

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