專利名稱：磁式位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用磁傳感元件的磁式位置檢測裝置，特別是涉及用于磁式的等級、 旋轉(zhuǎn)編碼器等的適宜的磁式位置檢測裝置。
背景技術(shù)：
作為磁式位置檢測裝置，直到現(xiàn)在，人們知道有下述如圖14所示的類型，相對N 極和S極交替磁化的磁性部件801的磁極排列方向，在同一位置設(shè)置4個自旋閥型磁阻效 應(yīng)元件(SV-GMR1 SV-GMR4)(參照下述的專利文獻(xiàn)1)。在4個自旋閥型磁阻效應(yīng)元件 (SV-GMR1 SV-GMR4)中，一對兩個(SV-GMR1和SV-GMR2)的固定層磁化方向以錯開90° 的方式設(shè)置，剩余一對的兩個(SV-GMR3和SV-GMR4)相對上述一對兩個的固定層磁化方向 以錯開180°的方式設(shè)置。根據(jù)以下描述的自旋閥型磁阻效應(yīng)元件的磁特性，伴隨針對磁 性部件801的SV-GMRl SV-GMR4的相對移動，相互的相位差為90°的2相的輸出信號從 SV-GMRl SV-GMR4的連接電路獲得(如參照后述的圖1B)。對自旋閥型磁阻效應(yīng)元件的磁特性進(jìn)行說明。自旋閥型磁阻效應(yīng)元件如圖15A的 膜結(jié)構(gòu)所示，由磁化方向固定在一個方向的強磁性體的固定層，以及電流主要流經(jīng)的非磁 性層，和磁化方向與外部磁場方向(外部磁通方向)一致的強磁性體的自由層構(gòu)成。在固 定層磁化方向和外部磁場的矢量方向一致時，處于圖15B的狀態(tài)a(低阻狀態(tài))，在SV-GMR 的感磁面內(nèi)，一旦使外部磁場的矢量方向旋轉(zhuǎn)，阻值會根據(jù)固定層磁化方向的角度而變化， 角度為90°時，在狀態(tài)b(中阻狀態(tài))下外部磁場的阻值變化實質(zhì)上為零，在相反方向時，處 于狀態(tài)c (高阻狀態(tài))。圖15C為SV-GMR的面內(nèi)磁特性圖，其表示在存在與SV-GMR的感磁 面(存在自由層的平面)平行的外部磁場的條件下，使外部磁場圍繞與感磁面相垂直的旋 轉(zhuǎn)中心軸旋轉(zhuǎn)的場合的固定層磁化方向的旋轉(zhuǎn)角度和磁阻變化率(ΔΚ/R)的關(guān)系。在此場 合，磁阻變化率(AR/R)按照正弦波平穩(wěn)地變化。已有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-23179號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述專利文獻(xiàn)1的磁式位置檢測裝置中，將鄰接的N極面和S極面接觸 的部件用作磁性部件。在此場合，其具體內(nèi)容在后面通過實施形式而進(jìn)行描述，但是，本發(fā) 明人發(fā)現(xiàn)，由于磁傳感元件的相對移動行程范圍內(nèi)的磁場與理想的旋轉(zhuǎn)磁場相比較的誤差 大，故檢測精度差的問題。于是，本發(fā)明的目的在于提供一種磁式位置檢測裝置，其與鄰接的磁極面接觸的 場合相比較，檢測精度良好。本發(fā)明的第1形式為磁式位置檢測裝置。該磁式位置檢測裝置包括磁傳感元件與 多個磁性部件，該多個磁性部件的磁極面與磁傳感元件相對而排列；
鄰接的磁性部件與上述磁傳感元件相對一側(cè)的磁極面為相反極性，并且相互間隔 開而設(shè)置。本發(fā)明的第2形式也涉及磁式位置檢測裝置。該磁式位置檢測裝置包括磁傳感元 件與多個磁性部件，該多個磁性部件的磁極面與磁傳感元件相對而排列；鄰接的磁性部件與上述磁傳感元件相對一側(cè)的磁極面為相反極性，并且相互間隔 開而設(shè)置；上述多個磁性部件還包括位于其間的一對軟磁性部； 上述一對軟磁性部與鄰接的磁性部件間隔開，并且相互磁耦合。在第1或第2形式的磁式位置檢測裝置中，上述多個磁性部件可按照等間距排列。在第1或第2形式的磁式位置檢測裝置中，上述多個磁性部件可為稀土類磁鐵。在第1或第2形式的磁式位置檢測裝置中，上述磁傳感元件為一對或多對，可專門 地指定上述磁傳感元件相對上述多個磁性部件的位置。在第1或第2的磁式位置檢測裝置中，上述多個磁性部件可呈直線狀或圓弧狀而 排列。在第1或第2的磁式位置檢測裝置中，在上述多個磁性部件的排列間距為P，排列 方向的各磁性部件的長度為X時，χ/Ρ可在40% 60%的范圍內(nèi)。在第1或第2的磁式位置檢測裝置中，在上述磁傳感元件相對上述多個磁性部件 的行程范圍內(nèi)，磁場可在2000e 7000e的范圍內(nèi)(其中，Oe= (1000/4 π )A/m)。在第1或第2的磁式位置檢測裝置中，上述磁傳感元件包括至少兩個霍爾元件；在至少一個上述霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述霍爾元件上外加與感磁面平行的規(guī)定方向的外部磁場時，與上 述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述感磁面的位置的磁力線?？稍诘?或第2的磁式位置檢測裝置中，上述磁傳感元件包括第1 第4霍爾元件；上述第1 第4霍爾元件的感磁面與上述多個磁性部件的發(fā)生磁場基本平行；在上述第1 第4霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述第1和第3霍爾元件上外加與上述多個磁性部件的排列方向平 行的方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第1和第3霍爾元件 的上述感磁面的位置的磁力線，在于上述第2和第4霍爾元件上外加與上述多個磁性部件 的感磁面相垂直的方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第2和 第4霍爾元件的上述感磁面的位置的磁力線?？稍诘?或第2的磁式位置檢測裝置中，上述磁傳感元件包括第1 第4霍爾元件；上述第1 第4霍爾元件的感磁面與上述多個磁性部件相對的磁極面基本平行；在至少上述第1和第3霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述第1和第3霍爾元件上外加與上述多個磁性部件的排列方向平 行的方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第1和第3霍爾元件 的上述感磁面位置的磁力線。另外，將以上的組成部件的任意組合、將本發(fā)明的表述在方法、系統(tǒng)等之間變換而形成的方案，作為本發(fā)明的形式均有效。按照 本發(fā)明，由于鄰接的磁性部件相互間隔開地設(shè)置，故與鄰接的磁性部件相互 接觸而設(shè)置時相比較，可使檢測精度良好。


圖IA為本發(fā)明的第1實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；圖IB為表示該磁式位置檢測裝置中的自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的連接關(guān)系的 電路圖；圖IC為該磁式位置檢測裝置的輸出信號Voutl、Vout2的波形圖；圖2A涉及第1實施形式，為連續(xù)設(shè)置(接觸設(shè)置)磁性部件Ia Id時和按照磁 鐵比例為50%而間隔設(shè)置時，SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的對 比說明圖，相對磁性部件Ia Id的SV-GMRl SV-GMR4的行程量為20mm時的對比說明 圖；圖2B為該行程量為40mm時的對比說明圖；圖2C為該行程量為60mm時的對比說明圖；圖2D為該行程量為80mm時的對比說明圖；圖3為以每個SV-GMRl SV-GMR4的行程量來表示SV-GMR1 SV-GMR4的位置 和誤差之間的關(guān)系的特性圖，該關(guān)系在下述場合發(fā)生，該場合為涉及第1實施形式，基于圖 2A 圖2D的磁場模擬結(jié)果，連續(xù)設(shè)置磁性部件Ia Id時和按照磁鐵比例為50%而間隔 設(shè)置時的場合；圖4為SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的行程量和圖3所示誤差的最 大值之間的關(guān)系的特性圖，該關(guān)系在下述場合發(fā)生，該場合為涉及第1實施形式，為表示連 續(xù)設(shè)置磁性部件Ia Id時和按照磁鐵比例為50%而間隔設(shè)置的場合；圖5為表示該兩個情況中SV-GMRl SV-GMR4的行程量和精度(誤差的最大值/ 行程量)之間的關(guān)系的特性圖；圖6涉及第1實施形式，為表示相對磁性部件Ia Id的SV-GMRl SV-GMR4的 行程量為60mm和80mm時，磁鐵比例和誤差的最大值之間的關(guān)系的特性圖；圖7為本發(fā)明的第2實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；圖8為在該磁式位置檢測裝置中，磁性部件Ia Ie按照磁鐵比例為50%而間隔 設(shè)置時的SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的說明圖；圖9為本發(fā)明的第3實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；圖10為在該磁式位置檢測裝置中，軟磁部la’、ld’和磁性部件lb、lc按照磁鐵比 例為50%而間隔設(shè)置時的SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的說明 圖；圖IlA為本發(fā)明的第4實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；圖1IB為圖1IA的磁式位置檢測裝置的磁性傳感組件的大致立體圖；圖IlC為表示在圖IlB的磁性傳感組件中外加y方向的磁場時，磁力線圖案的模 式剖視圖；圖12A為表示檢測與y方向平行的外部磁場時的霍爾元件的連接例的電路圖12B為表示檢測與ζ方向平行的外部磁場時的霍爾元件的連接例1的電路圖；圖12C為表示檢測與ζ 方向平行的外部磁場時的霍爾元件的連接例2的電路圖；圖13A為表示相對磁性部件的磁傳感組件的配置例1的模式圖；圖13B為表示相對磁性部件的磁傳感組件的配置例2的模式圖；圖14為專利文獻(xiàn)1的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖；圖15A為表示自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的膜結(jié)構(gòu)的大致立體圖；圖15B為表示自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件處于低阻狀態(tài)、中阻狀態(tài)和高阻狀態(tài)時 的固定層磁化方向和自由層磁化方向之間的關(guān)系的說明圖；圖15C為表示自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的面內(nèi)磁性(固定層磁化方向和自由層 磁化方向之間的角度和磁阻變化率的關(guān)系)的波形圖。
具體實施例方式下面參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施形式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，各附圖中所示的同 一或等同的組成要素、部件等采用同一標(biāo)號，適當(dāng)省略重復(fù)性的說明。另外，實施形式并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定，是例舉性的，在實施形式中記載的全部特征或其組合并不一定是本 發(fā)明的本質(zhì)內(nèi)容。(第1實施形式)圖IA為本發(fā)明的第1實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖。圖IB為表示 該磁式位置檢測裝置中的自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的連接關(guān)系的電路圖。圖IC為該磁 式位置檢測裝置的輸出信號V0Utl、V0Ut2的波形圖。如圖IA所示，磁式位置檢測裝置包括作為磁傳感元件的4個自旋閥型巨大磁阻效 應(yīng)元件(SV-GMR1 SV-GMR4)、4個磁性部件Ia Id。另外，在本圖中，為了容易理解，按照 與磁性部件Ia Id的關(guān)系，相對的以較大尺寸圖示SV-GMRl SV-GMR4，但是實際上，為微 小尺寸(在其它圖中也是同樣的)。磁性部件Ia Id的磁極面與SV-GMRl SV-GMR4相對呈直線狀排列。在鄰接的磁 性部件中，與SV-GMRl SV-GMR4相對一側(cè)的磁極面相互為相反的極性。在圖示的例子中， 磁性部件la、Ic的S極與SV-GMRl SV-GMR4相對，磁性部件lb、Id的N極與SV-GMR1 SV-GMR4相對。此外，磁性部件Ia Id按照等間距P而排列，鄰接的磁性部件不相互接觸 而間隔設(shè)置。磁性部件Ia Id的相應(yīng)長度X相對磁性部件Ia Id的排列間距P的比例 (在下面也表述為“磁鐵比例”)，即X/P比如在40% 60%的范圍內(nèi)。關(guān)于這一點，具體內(nèi) 容在后面描述。SV-GMRl SV-GMR4針對磁性部件Ia Id的排列方向，設(shè)置于同一位置，如圖IB 那樣連接(圖中，箭頭為固定層磁化方向)。即，SV-GMRl和SV-GMR3串聯(lián)于高電壓端子(電 壓Vin)和低電壓端子(GND)之間，SV-GMR2和SV-GMR4也串聯(lián)于高電壓端子(電壓Vin)禾口 低電壓端子(GND)之間，從SV-GMRl和SV-GMR3的連接點與SV-GMR2和SV-GMR4的連接點， 獲得2相的輸出信號Voutl、Vout2 (GND基準(zhǔn))。SV-GMRl SV-GMR4的感磁面與磁性部件Ia Id的發(fā)生磁場基本平行(即，與磁 性部件Ia Id的磁極面基本垂直，并且與磁性部件Ia Id的排列方向平行)。SV-GMRl 和SV-GMR3的固定層磁化方向與磁性部件Ia Id相對的磁極面垂直而相互相反，SV-GMR2和SV-GMR4的固定層磁化方向與磁性部件Ia Id的排列方向平行而相互相反。于是，伴隨SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的相對移動，從圖IB的電路獲得圖IC所示 的相位差為90°的2相的輸出信號Voutl、Vout2，專門地指定SV-GMR1 SV-GMR4相對磁 性部件Ia Id的位置(以磁性部件Ia Id為基準(zhǔn)的排列方向的絕對位置)。
SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的行程范圍(針對磁性部件Ia Id 的排列方向的相對移動范圍，即位置檢測范圍)如圖IA所示，從磁性部件la、lb之間的正 中到磁性部件lc、ld之間的正中，磁性部件lb、lc之間的中央為行程中心。另外，在行程范 圍的長度S (在下面也表述為“行程量”)和磁性部件Ia Id的排列間距P之間具有S = PX2的關(guān)系。 SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的行程范圍內(nèi)的磁場(通過SV-GMR1 SV-GMR4的感磁面的磁場)最好是SV-GMRl SV-GMR4可確實正常運作，在2000e 7000e 的范圍內(nèi)(其中，Oe= (1000/4 π )A/m)的磁場。在本實施形式中，由于鄰接的磁性部件 相互間隔配置，故也依賴于間隔配置，但如果磁性部件Ia Id為普通的鐵氧體磁鐵，還會 有即使在調(diào)節(jié)SV-GMRl SV-GMR4和磁性部件Ia Id之間的距離(在下面也表述為“空 隙”)，仍難以滿足上述條件的情況。在這樣的情況下，作為磁性部件Ia Id最好采用釹磁 鐵和其它的稀土類磁鐵。下面在對接觸設(shè)置磁性部件Ia Id的比較例進(jìn)行對比的同時，說明本實施形式 的間隔配置的意義。圖2A 圖2D為連續(xù)配置(接觸配置)磁性部件Ia Id時和按照磁鐵比例為 50%而間隔配置時，SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的對比說明圖， 它們分別表示SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的行程量在圖2A中為20mm、在 圖2B中40mm、在圖2C中60mm、在圖2D中80mm。另外，空隙針對滿足SV-GMRl SV-GMR4 的相對行程范圍內(nèi)的磁場在2000e 7000e的條件的8種情況，模擬磁場。另外，磁性部件 Ia Id為釹磁鐵，厚度T為4. 5mm、寬度W為10mm。圖3基于圖2A 圖2D的磁場模擬結(jié)果，為以每個SV-GMRl SV-GMR4的行程量 來表示連續(xù)設(shè)置磁性部件Ia Id時和按照磁鐵比例為50%而間隔設(shè)置時，SV-GMRl SV-GMR4的位置和誤差之間的關(guān)系的特性圖。另外，位置的基準(zhǔn)(橫軸的Omm)位于行程范 圍的中間。另外，誤差為8個空隙中誤差最小時的(精度良好)值。圖4為表示連續(xù)設(shè)置磁性部件Ia Id時和按照磁鐵比例為50%而間隔設(shè)置時， SV-GMRl SV-GMR4相對磁性部件Ia Id的行程量和圖3所示的誤差的最大值之間的關(guān) 系的特性圖。圖5為表示該兩種情況中，SV-GMRl SV-GMR4的行程量和精度(誤差的最 大值/行程量)之間的關(guān)系的特性圖。根據(jù)圖2A 圖5得知，與連續(xù)配置磁性部件Ia Id時相比較，按照磁鐵比例為 50%而間隔配置時，所有行程量中的誤差均小(精度良好)。另外，根據(jù)圖5得知，相對在 連續(xù)配置時，如果行程量增加，則精度變差的情況，在按照磁鐵比例為50%而間隔配置時， 即使行程量增加，仍可維持高精度。其原因是在連續(xù)配置時，特別是如果行程量增加(即， 磁鐵的長度增加)，則行程范圍內(nèi)的磁場不是理想的旋轉(zhuǎn)磁場(在行程范圍內(nèi)，按照正弦波 狀變化的磁場)，而是接近按照矩形波狀變化的磁場。另一方面，如本實施形式那樣，通過 間隔配置磁性部件Ia ld，與連續(xù)配置相比較，可使行程范圍內(nèi)的磁場接近理想的旋轉(zhuǎn)磁場，如上述那樣，可減小誤差。接著，對磁鐵比例和誤差之間的關(guān)系進(jìn)行說明。圖6為表示相對磁性部件Ia Id的SV-GMR1 SV-GMR4的行程量為60mm和80mm 時，磁鐵比例和誤差的最大值之間的關(guān)系的特性圖。根據(jù)該圖可知，行程量為60mm時，磁鐵 比例從60%至少到磁鐵比例40%的情況；以及在行程量為80mm時，磁鐵比例從60%至少 到磁鐵比例45%的情況，磁鐵比例越低，誤差越小。這里，最好是磁鐵比例越低，磁鐵使用 量越少，但還必須考慮磁場強度的條件，即，SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場 在2000e 7000e的條件。如果這樣，磁鐵比例適宜的范圍比如在40%以上或45%以上 60%以下的范圍內(nèi)。按照本實施形式，可實現(xiàn)下述的效果。(1)由于間隔設(shè)置磁性部件Ia ld，故與過去那樣連續(xù)配置相比較，可使 SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場接近理想的旋轉(zhuǎn)磁場，可減小位置檢測的誤 差，可減少檢測精度的變差。(2)如果為相同的行程量，則與連續(xù)配置時相比較，磁鐵的使用量較少，由此可成 本低。(3)作為磁鐵部件采用釹磁鐵和其它的稀土類磁鐵，從而同樣在間隔配置中，仍容 易滿足SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場在2000e 7000e的條件。(第2實施形式)圖7為本發(fā)明的第2實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖。該磁式位置檢 測裝置與第1實施形式相比較，不同點在于添加磁性部件le，SV-GMRl SV-GMR4的相對行 程范圍為磁性部件Ib的中間到磁性部件Id的中間，磁性部件Ic的中間為行程中心，其它 的方面是相同的。圖8為磁性部件Ia Ie按照磁鐵比例為50%而間隔設(shè)置時，SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的說明圖，其表示SV-GMRl SV-GMR4相對磁性 部件Ia Id的行程量為60mm的場合。本實施形式也可實現(xiàn)與第1實施形式相同的作用 效果。(第3實施形式)圖9為本發(fā)明的第3實施形式的磁式位置檢測裝置的大致結(jié)構(gòu)圖。該磁式位置 檢測裝置與第1實施形式相比較，不同點在于代替磁性部件la、ld的是與之尺寸相同的軟 磁性部la’、ld’，而軟磁性部la’ Id’相互磁耦合，其它方面相同。這里表示設(shè)置軟磁性部 IaMd'具有凸部，并且通過背后的平板狀連接部2a而將它們連接的一體軟磁性體2的情 況。圖10為軟磁性部la’、Id’和磁性部件lb、lc按照磁鐵比例為50%而間隔設(shè)置時， SV-GMRl SV-GMR4的相對行程范圍內(nèi)的磁場模擬結(jié)果的說明圖，表示SV-GMRl SV-GMR4 相對磁性部件Ia Id的行程量為60mm的情況。同樣在本實施形式中，可獲得與第1實施 形式相同的作用效果。另外，與第1實施形式相比較，還可減少磁鐵使用量。(第4實施形式) 在本實施形式中，對采用霍爾元件作為磁傳感元件時的一個例子進(jìn)行說明。圖IlA 為本發(fā)明的第4實施形式的磁式位置檢測裝置大致結(jié)構(gòu)圖。圖IlB為圖IlA的磁式位置檢 測裝置的磁性傳感組件40的大致立體圖。在本圖中，定義作為相互垂直的3個軸xyz軸。圖lie為表示在圖IlB的磁性傳感組件40中外加y方向的磁場時，磁力線的樣子的模式剖視 圖。本實施形式的磁式位置檢測裝置與第1實施形式相比較，主要不同之處在于SV-GMRl SV-GMR4變?yōu)榇艂鞲薪M件40。另外，在圖IlA中，為了便于理解，按照與磁性部件Ia Id 的關(guān)系，相對較大地圖示磁傳感組件40，但是實際上為微小尺寸(對于其它的圖，也是同樣 的)。
如圖IlB所示，磁傳感組件40包括非磁性基板41、霍爾元件Hl H4與磁軛58。 霍爾元件Hl H4安裝于非磁性基板41上?；魻栐﨟l H4的感磁面(存在產(chǎn)生霍爾 效果的半導(dǎo)體薄膜的面)與非磁性基板41的主面平行(與xy平面平行)?；魻栐﨟I、 H3在χ方向的位置相同，霍爾元件H2、H4在y方向的位置相同。此外，霍爾元件Hl H4在 ζ方向的位置相同。磁軛58呈圓板狀，跨過霍爾元件Hl H4之間而放置并固定于非磁性 基板41上。在圖示的例子中，從上方觀看，磁軛58的外周位于霍爾元件Hl H4之上。另 夕卜，磁軛58并不限于圓板狀，也可為方板狀和其它的板狀。如圖IlC所示，如果外加與y平行的磁通密度B//的外部磁場，通過磁軛58的作 用，磁力線在霍爾元件HI、H3的感磁面的位置，沿ζ方向彎曲?；魻栐﨟I、H3的感磁面 處的磁場的ζ方向成分相互相反(參照圖中的Bi)。同樣在外加與χ方向平行的磁場時 也可以說是相同的。即，如果外加與χ方向平行的外部磁場，則磁力線在霍爾元件H2、H4的 感磁面的位置，沿ζ方向彎曲?；魻栐﨟2、H4的感磁面處的磁場的ζ方向成分相互相反。 另一方面，在外加與ζ方向平行的磁場時，霍爾元件Hl H4的感磁面處的磁場的ζ方向成 分為相同朝向。另外，如果不限于與ζ方向平行的磁場，磁軛58的存在是不需要的。因此， 相對與ζ方向平行的磁場檢測用的霍爾元件也可不設(shè)置磁軛58。圖12A為表示檢測與y方向平行的外部磁場時，霍爾元件HI、H3的連接例的電路 圖。另外，在本圖中，在霍爾元件H1、H3的框內(nèi)示出的箭頭表示外加與y方向平行的外部磁 場時，在感磁面位置的yz平面處觀看時的磁力線的朝向的模式。在本圖的例子中，霍爾元 件HI、H3的輸出端子的一個端子(端子d)是共通的，另一端子(端子b)輸入到差動放大 器61中。差動放大器61的輸出電壓與y方向平行的外部磁場的尺寸成比例關(guān)系?；魻栐?件H2、H4也為相同的連接，由此，可檢測與χ方向平行的外部磁場。圖12B為表示檢測與ζ方向平行的外部磁場時，霍爾元件HI、H3的連接例的電路 圖。又，在本圖的例子中，霍爾元件H1、H3的框內(nèi)所示箭頭表示在外加與ζ方向平行的外部 磁場時，在感磁面位置的yz平面觀看時的磁力線的朝向的模式。本圖的電路與圖12A的電 路相比較，不同點在于差動放大器61變?yōu)榧臃ㄟ\算器62，其它的方面相同。加法運算器62 可為采用運算放大器等的基本類型。加法運算器62的輸出電壓處于與ζ方向平行的外部 磁場的尺寸成比例關(guān)系。霍爾元件H2、H4也為相同的連接，由此，可同樣地檢測與ζ方向平 行的外部磁場。另外，即使在如圖12C那樣連接的情況下，同樣可檢測與ζ方向平行的外部 磁場。在本圖的電路中，針對圖12A、霍爾元件Hl的輸出端子b、d的連接方相互交換。圖13A為表示相對磁性部件Ia Id的磁傳感組件40的配置例1的模式圖。xyz 方向符合圖IlB的定義。在本配置例中，霍爾元件H1、H3用于與y方向平行的磁場檢測，霍 爾元件H2、H4用于與χ方向平行的磁場檢測。磁傳感組件40的非磁性襯底41的主面與磁 性部件Ia Id的磁極面相垂直。另外，霍爾元件H1、H3的排列方向(y方向)與磁性部件 Ia Id的排列方向平行。此外，霍爾元件H2、H4的排列方向(χ方向)與磁性部件Ia Id的磁極面相垂直。在該配置例中，如圖12A那樣而連接霍爾元件H1、H3，檢測與磁性部件 Ia Id的排列方向平行的方向(y方向)的磁場。另外，霍爾元件H2、H4也同樣地連接， 檢測與磁性部件Ia Id的磁極面相垂直的方向(χ方向)的磁場。從霍爾元件HI、H3和 霍爾元件H2、H4，獲得相位差為90°的2相的輸出信號(參照圖1C )。圖13B為表示相對磁性部件Ia Id的磁傳感組件40的配置例2的模式圖。xyz 方向符合圖IlB的定義。在該配置例中，霍爾元件H1、H3用于與y方向平行的磁場檢測，霍 爾元件H2、H4用于與ζ方向平行的磁場檢測。磁傳感組件40的非磁性襯底41的主面，與 磁性部件Ia Id的磁極面平行。另外，檢測霍爾元件H 1、H3的排列方向(y方向)與磁 性部件Ia Id的排列方向平行。此外，霍爾元件H2、H4的排列方向(χ方向)與磁性部件 Ia Id的排列方向相垂直，并且與磁性部件Ia Id的磁極面平行。在該配置例中，如圖 12Α那樣將霍爾元件Η1、Η3連接，檢測與磁性部件Ia Id的排列方向平行的方向(y方向) 的磁場。此外，如圖12B那樣將霍爾元件H2、H4連接，檢測與磁性部件Ia Id的磁極面相 垂直的方向(ζ方向)的磁場。從霍爾元件H1、H3和霍爾元件H2、H4獲得相位差為90°的 2相的輸出信號(參照圖1C)。同樣在本實施形式中，可獲得與第1實施形式相同的作用效果。另外，通過采用價 格低于自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的霍爾元件，有利于降低成本。此外，圖13B所示的配置 例2的情況，由于非磁性襯底41的主面和磁性部件Ia Id的磁極面平行，故與兩者相垂 直等的情況相比較，可使霍爾元件Hl H4進(jìn)一步接近磁性部件Ia Id的磁極面。由此， 即使在磁性部件Ia Id不是高價格的稀土類磁鐵，而是普通的鐵氧體磁鐵的情況下，仍可 通過霍爾元件Hl H4的感磁面而較容易地獲得檢測所必需的磁場。以上以實施形式為例，對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，實施形式的各組成要素可在權(quán) 利要求中記載的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形，這一點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是理解的。下面 談及變形例。在第1 第3實施形式中，對SV-GMRl SV-GMR4與磁性部件相對的磁極面相垂 直并列的情況進(jìn)行了說明，但在變形例中，SV-GMRl SV-GMR4既可與上述磁極排列面平行 (沿縱向重合)，也可與上述磁極排列面成任意的角度。在第1 第3實施形式中，對SV-GMRl SV-GMR4針對磁性部件的排列方向，設(shè)置 于同一位置的情況進(jìn)行了說明，但也可為下述的方案，SV-GMRl和SV-GMR2沿磁性部件的排 列方向，僅按照P/2而相互間隔開，SV-GMR3沿磁性部件的排列方向，位于與SV-GMRl相同 的位置，SV-GMR4沿磁性部件的排列方向，位于與SV-GMR2相同的位置。在此場合，SV-GMRl 和SV-GMR2的固定層磁化方向與磁性部件1相對的磁極面基本垂直，并且朝向磁性部件所 存在的一側(cè)，SV-GMR3和SV-GMR4的固定層磁化方向可與上述磁極性基本垂直，并且朝向磁 性部件不存在的一側(cè)。即，SV-GMRl SV-GMR4中的固定層磁化方向可與磁性部件的上述 磁極面基本垂直，并且針對磁性部件的排列方向，位于相同位置的SV-GMR的固定層磁化方 向相互相反。另外，磁性部件的數(shù)量最好為5個或6個。在第1 第3實施形式中，對自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件為4個的情況進(jìn)行了說 明，但在變形例中，自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件也可為兩個，在此場合，在圖IB的電路中， 將SV-GMRl和SV-GMR3中的任意一個，以及SV-GMR2和SV-GMR4中的任意一個作為如固定 電阻器。在本變形例中，雖然與第1 第3實施形式相比較，磁場檢測的靈敏度降低，但是，在其他方面，可實現(xiàn)與第1 第3實施形式相同的效果。在第1 第3實施形式中，對磁傳感元件為自旋閥型巨大磁阻效應(yīng)元件的情況進(jìn) 行了說明，但在變形例中，磁傳感元件也可為隧道效應(yīng)型磁阻效應(yīng)元件(SV-TMR)或霍爾元 件之外的元件。另外，SV-TMR對應(yīng)于固定層磁化方向和外部磁場的矢量方向的角度，具有 與SV-GMR相同的面內(nèi)磁特性，與SV-GMR的情況相比較，更大地獲取輸出信號的振幅，由此， 可提高磁場檢測的靈敏度。
在第1實施形式中，對4個磁性部件Ia Id呈直線狀排列，各磁極面為平面的情 況進(jìn)行了說明，但在變形例中，磁性部件Ia Id也可呈圓弧狀等排列，各磁極面為圓弧面 等。其它的實施形式也相同。實施形式的磁性部件的個數(shù)是例示的，磁性部件可為兩個以上的任意的個數(shù)。比 如，也可針對第1實施形式，省略磁性部件la、ld，磁性部件僅僅為兩個。在行程范圍可小于 PX 2時，象這樣，可謀求降低成本。同樣，也可針對第2實施形式，省略磁性部件la、le，磁 性部件僅為3個。磁性部件的個數(shù)可根據(jù)必要的行程量的條件等而適當(dāng)設(shè)定。在第4實施形式中，對霍爾元件為4個的情況進(jìn)行了說明，但在變形例中，霍爾元 件也可為兩個。在此場合，根據(jù)第4實施形式的方案，省略霍爾元件H1、H3中的任意一者與 霍爾元件H2、H4中的任意一者。在本變形例中，與第4實施形式相比較，雖然磁場檢測的靈 敏度降低，但在其他方面可實現(xiàn)相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種磁式位置檢測裝置，其特征在于其包括磁傳感元件與多個磁性部件，該多個磁 性部件的磁極面與上述磁傳感元件相對而排列；鄰接的磁性部件與上述磁傳感元件相對一側(cè)的磁極面為相反極性，并且相互間隔開而設(shè)置。
2.一種磁式位置檢測裝置，其特征在于其包括磁傳感元件與多個磁性部件，該多個磁 性部件按照磁極面與上述磁傳感元件相對而排列；鄰接的磁性部件與上述磁傳感元件相對一側(cè)的磁極面為相反極性，并且相互間隔開而 設(shè)置；上述多個磁性部件還包括位于其間的一對軟磁性部； 上述一對軟磁性部與鄰接的磁性部件間隔開，并且相互磁耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于上述多個磁性部件按照 等間距排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于上述多個磁性部件為稀 土類磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于上述磁傳感元件為一對 或多對，可專門地指定上述磁傳感元件相對上述多個磁性部件的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于上述多個磁性部件呈直 線狀或圓弧狀而排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于在上述多個磁性部件的 排列間距為P，排列方向的各磁性部件的長度為X時，χ/Ρ在40% 60%的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于在上述磁傳感元件相對 上述多個磁性部件的行程范圍內(nèi)，磁場在2000e 7000e的范圍內(nèi)(其中，Oe= (1000/4 π )A/m) ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于上述磁傳感元件包括至 少兩個霍爾元件，在至少一個上述霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述霍爾元件上外加與感磁面平行的規(guī)定方向的外部磁場時，與上述感 磁面相垂直的方向彎曲作用于上述感磁面位置的磁力線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于 上述磁傳感元件包括第1 第4霍爾元件；上述第1 第4霍爾元件的感磁面與上述多個磁性部件的發(fā)生磁場基本平行； 在上述第1 第4霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述第1和第3霍爾元件上外加與上述多個磁性部件的排列方向平行的 方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第1和第3霍爾元件的上 述感磁面位置的磁力線，在于上述第2和第4霍爾元件上外加與上述多個磁性部件的感磁 面相垂直的方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第2和第4霍 爾元件的上述感磁面的位置的磁力線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于 上述磁傳感元件包括第1 第4霍爾元件；上述第1 第4霍爾元件的感磁面與上述多個磁性部件相對的磁極面基本平行； 在至少上述第1和第3霍爾元件上設(shè)置磁軛；上述磁軛在于上述第1和第3霍爾元件上外加與上述多個磁性部件的排列方向平行的 方向的外部磁場時，與上述感磁面相垂直的方向彎曲作用于上述第1和第3霍爾元件的上 述感磁面位置的磁力線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁式位置檢測裝置，其中，與鄰接的磁極面接觸的場合相比較，檢測精度良好。磁性部件(1a～1d)的磁極面與SV-GMR1～SV-GMR4相對，呈直線狀排列。在鄰接的磁性部件中，與SV-GMR1～SV-GMR4相對的一側(cè)的磁極面為相反極性。磁性部件(1a～1d)按照等間距(P)排列，鄰接的磁性部件相互不接觸而間隔配置。磁性部件(1a～1d)的相應(yīng)長度(X)相對磁性部件(1a～1d)的排列間距(P)的比例比如在40％～60％的范圍內(nèi)。
文檔編號G01D5/243GK102109359SQ20101057696
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者木戶利尚, 毛受良一, 福岡誠二, 鈴木啟史 申請人:Tdk株式會社