JP6107589B2 - Rotation angle sensor - Google Patents
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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。 The present invention provides a rotation angle for detecting a rotation angle of a rotating body in which the first magnetic pole portions and the second magnetic pole portions having the same lateral width in the rotation direction are alternately connected along the rotation direction and the outer surface forms a circle. It relates to sensors.
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。
Conventionally, for example, as shown in
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。
In the magnetic position detection device described in
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。 As described above, in any of the above two arrangements, both the strength and direction of the magnetic flux transmitted through each vector detection type magnetoresistance effect element cannot be made the same. Therefore, it has been difficult to detect the rotation state of the magnetic member (rotating body) with high accuracy based on the electrical signal that depends on the resistance value of each vector detection type magnetoresistive element.
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。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor with improved detection accuracy of the rotation state of a rotating body.
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。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, the first magnetic pole part (210) and the second magnetic pole part (220) having the same lateral width in the rotational direction are alternately connected along the rotational direction. A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of a rotating body (200) having a circular side surface, a free layer whose magnetization direction changes according to a rotating magnetic field generated from the rotating body, and a pin having a fixed magnetization direction A plurality of magnetoresistive elements having a layer and a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and the free layer, the resistance value of which varies according to the magnetization directions of the pinned layer and the free layer ( 11 to 14, 21 to 24), and the plurality of magnetoresistive elements are arranged along the rotation direction so that the distance from the outer surface of the rotating body is constant, and the plurality of magnetic elements The magnetization direction of the pinned layer of each resistive effect element depends on the rotation of the rotating body. A distance β between one reference line (BL) extending from the center (RC) so as to be orthogonal to the rotation direction and the magnetoresistive effect element along the rotation direction, and a pair of first magnetic pole portions adjacent in the rotation direction And the length α of the total width of each of the second magnetic pole portions.
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。 Thus, according to this invention, the several magnetoresistive effect element (11-14, 21-24) is arrange | positioned along with the rotation direction. According to this, unlike the configuration in which the plurality of magnetoresistive elements are arranged side by side in the direction along the reference line (BL) perpendicular to the rotational direction instead of the rotational direction, the plurality of magnetoresistive elements ( 11-14 and 21-24), the intensity of the magnetic flux passing through is the same. However, in the case of this arrangement, the phases of magnetic fluxes transmitted through the plurality of magnetoresistance effect elements (11-14, 21-24) are different. In other words, a magnetic flux (hereinafter referred to as a reference magnetic flux (BM)) that passes through the intersection of the reference line (BL) and the rotational direction in which the magnetoresistive elements (11-14, 21-24) are arranged, and a reference line ( BL) is out of phase with the magnetic flux passing through a position away from the rotation direction in BL. Therefore, the magnetization direction of the free layer of each magnetoresistive element (11-14, 21-24) is different from the case where it is located on the reference line (BL).
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。 However, the phase deviation from the reference magnetic flux (BM) described above is the sum of the length α of the lateral widths of the first magnetic pole part (210) and the second magnetic pole part (220) and the reference line along the rotation direction. It is determined by the separation distance β between (BL) and the magnetoresistive effect elements (11-14, 21-24). Therefore, in the present invention, the magnetization directions of the pinned layers of the plurality of magnetoresistive elements (11-14, 21-24) are determined by the separation distance β and the length α, so that the plurality of magnetoresistive elements (11 ˜14, 21 to 24) are prevented from shifting in phase with the reference magnetic flux (BM). As a result, the strength of the magnetic flux passing through the plurality of magnetoresistive elements (11 to 14, 21 to 24) becomes the same, and the phase shift is eliminated. The detection accuracy of the rotational state of the rotating body (200) is improved by using the electrical signals that depend on the resistance values of the plurality of magnetoresistive elements (11-14, 21-24).
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。 As described above, in the rotating body (200), the first magnetic pole part (210) and the second magnetic pole part (220) having the same lateral width in the rotation direction are alternately connected, and the outer surface forms a circular shape. ing. Therefore, the unit rotation amount of the rotating body (200) can be expressed as 360 ° / α. Further, the reference line (BL) and the magnetoresistive effect elements (11-14, 21-24) are separated by a separation distance β. Therefore, the magnetic flux passing through the magnetoresistive effect elements (11 to 14, 21 to 24) is obtained by multiplying the reference magnetic flux (BM) by a unit rotation amount 360 ° / α by a separation distance β (360 ° / α) × β. Become. As described above, if the magnetization direction of the pinned layer of the plurality of magnetoresistive elements (11-14, 21-24) is rotated by (360 ° / α) × β, the plurality of magnetoresistive elements (11-14, 21 to 24) are regarded as transmitting the reference magnetic flux (BM). Thereby, the phase shift of the several magnetoresistive effect element (11-14, 21-24) is suppressed.
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。 The elements described in the claims and the means for solving the problems are labeled with parentheses, and the parenthesized numerals are connected to each component described in the embodiment. The elements described in the embodiments themselves are not necessarily shown. The description of the reference numerals with parentheses does not unnecessarily narrow the scope of the claims.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The rotation angle sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, the center CP is indicated by a cross, but in FIGS. 6 to 9, the center CP is omitted in order to simplify the drawing. 6, 7, and 9, the reference magnetic flux BM that passes through the first
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。
In the following, a plane at the same height position where the
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。
The
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。
The
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。
Although not shown, each of the
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。
When the magnetization directions of the free layer and the pinned layer are parallel, the resistance value fluctuates lowest, and when the magnetization direction is antiparallel, the resistance value fluctuates highest. The magnetization directions of the pin layers of the paired
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。
As shown in FIG. 3, a bridge circuit is formed by the
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。
The
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。
Next, characteristic points of the
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。
Each of the
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。
Next, functions and effects of the
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。
However, the phase deviation from the reference magnetic flux BM described above is the sum of the width α of the first
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。
On the other hand, in this embodiment, the magnetization directions of the pinned layers of the plurality of
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。
Thereby, as shown in FIG. 7, the magnetization directions of the pinned layer and the free layer of the
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
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。
In the present embodiment, an example in which the first
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。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the first
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。
In the present embodiment, the first
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。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the separation distance between the first
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。
In the present embodiment, an example is shown in which the
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。
In the present embodiment, the overall shape of the
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。
In the present embodiment, an example is shown in which the intermediate layer has conductivity, and each of the
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
11-14, 21-24 ...
Claims (8)
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。 The first magnetic pole portion (210) and the second magnetic pole portion (220) having the same lateral width in the rotation direction are alternately connected along the rotation direction, and the rotation of the rotating body (200) whose outer surface is circular. A rotation angle sensor for detecting an angle,
A free layer whose magnetization direction changes according to a rotating magnetic field generated from the rotating body, a pinned layer whose magnetization direction is fixed, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and the free layer And a plurality of magnetoresistive elements (11-14, 21-24) whose resistance values vary according to the magnetization directions of the pinned layer and the free layer,
Each of the plurality of magnetoresistive elements is arranged side by side along the rotation direction so that the distance from the outer surface of the rotating body is constant.
The magnetization direction of the pinned layer of each of the plurality of magnetoresistive elements is aligned with one reference line (BL) extending perpendicularly to the rotation direction from the rotation center (RC) of the rotating body and the rotation direction. It is determined by a separation distance β from the magnetoresistive effect element and a total length α of a lateral width of each of the pair of the first magnetic pole part and the second magnetic pole part adjacent in the rotation direction. A rotation angle sensor.
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。 As the plurality of magnetoresistance effect elements,
Magnetization direction of the pinned layer in a direction rotated by (α / 360 °) × β around the center from the first virtual line (VL11, VL12) connecting the rotation center of the rotating body and the center (CP) of the rotating body. A plurality of first magnetoresistive elements (11-14) along which
The magnetization direction of the pinned layer extends along a direction rotated by (α / 360 °) × β around the center of the second virtual straight line (VL21, VL22) along the tangential direction of the rotational direction passing through the center of the self. The rotation angle sensor according to claim 1, comprising a plurality of second magnetoresistive elements (21 to 24).
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。 At least one of the plurality of first magnetoresistive elements has a magnetization direction of the pinned layer that differs by 180 ° − (α / 360 °) × β, thereby forming a first bridge circuit,
At least one set of the plurality of second magnetoresistive elements has a magnetization direction of the pinned layer different by 180 ° − (α / 360 °) × β, and the second bridge circuit is formed by these. The rotation angle sensor according to claim 2, wherein:
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。 The calculation unit includes:
Having a first threshold and a second threshold;
Comparing the midpoint potential of the first bridge circuit with the first threshold to convert the midpoint potential of the first bridge circuit into a first pulse signal;
The rotation angle sensor according to claim 4, wherein the midpoint potential of the second bridge circuit is compared with the second threshold value to convert the midpoint potential of the second bridge circuit into a second pulse signal. .
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。 The first bridge circuit has at least one first half bridge circuit assembled by the first magnetoresistive effect element forming a pair.
The said 2nd bridge circuit has at least 1 2nd half bridge circuit assembled | attached by the said 2nd magnetoresistive effect element which makes a set of pairs, The any one of Claims 3-6 characterized by the above-mentioned. Rotation angle sensor.
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。 The first bridge circuit includes two first half-bridge circuits, and includes a first full-bridge circuit formed by these two circuits.
The rotation angle sensor according to claim 7, wherein the second bridge circuit includes two second half-bridge circuits and includes a second full-bridge circuit formed by these two.
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