旋转角度检测装置的制作方法

本发明涉及一种旋转角度检测装置。

背景技术：

近年来，在汽车中的方向盘或动力转向马达的旋转位置的检测等各种应用中，生成与检测对象的角度具有对应关系的角度检测值的，例如磁性式的角度传感器已被广泛使用。在使用了磁性式的角度传感器的角度传感器系统中，通常，设置有一种磁场产生部，该磁场产生部产生其方向随着对象物的旋转或直线运动的运动方向而旋转的旋转磁场。磁场产生部，例如可以通过多个磁极(n极和s极)在圆周方向上交替地排列而成的多极磁铁而构成。磁性式的角度传感器中的对象物的角度，其随着基准位置处的磁场产生部(多极磁铁)的旋转而变化的磁场的方向，与基准方向所成的角度具有对应关系。

作为磁性式的角度传感器，已知有具备生成互相相位不同的多个检测信号的多个检测电路，通过使用了多个检测信号的运算来生成角度检测值的角度传感器(参照专利文献1)。多个检测电路中的各个包含至少1个磁检测元件。磁检测元件例如包含具有磁化方向固定的磁化固定层、相应于旋转磁场的方向而磁化的方向变化的自由层、以及配置于磁化固定层和自由层之间的非磁性层的自旋阀型磁阻效应元件(gmr元件、tmr元件等)。

在磁性式的角度传感器中，当旋转磁场的方向以规定的周期变化时，多个检测信号中的各个的波形，理想地，成为正弦曲线(包括正弦(sine)波形和余弦(cosine)波形)。各检测信号包含以绘制理想的正弦曲线的变化的理想分量。另外，各检测信号存在包含与相对于理想分量的1个或多个谐波相对应的1个或多个误差分量的情况。当各检测信号在仅由理想分量构成的情况下，通过角度传感器计算出的角度检测值，相当于对象物的真正的角度，但是在各检测信号包含误差分量，并且其波形从正弦曲线变形的情况下，角度检测值中产生误差。为了不使这种角度检测值的误差产生，有必要降低各检测信号中所包含的误差分量。

作为能够降低上述误差分量的角度传感器，现有的，已知一种角度传感器，其通过将生成第1～第8检测信号的第1～第8检测信号生成部以规定的角度间隔配置，从而生成降低了相当于谐波的误差分量的信号，并且基于该信号来计算出角度检测值(参照专利文献2)。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5110134号公报

专利文献2：日本特开第2017-227578号公报

技术实现要素：

发明想要解决的技术问题

在上述专利文献2中，以相当于n次(例如5次)谐波的误差分量的降低为目的，以将第1检测信号与第3检测信号的相位差、第2检测信号与第4检测信号的相位差、第5检测信号与第7检测信号的相位差、第6检测信号与第8检测信号的相位差均成为180/n°的方式配置第1～第8检测信号生成部，运算第1检测信号与第3检测信号的和、第2检测信号与第4检测信号的和、第5检测信号与第7检测信号的和、以及第6检测信号与第8检测信号的和。

另外，以相当于m次(例如3次)谐波的误差分量的降低为目的，以将第1检测信号与第5检测信号的相位差、第2检测信号与第6检测信号的相位差、第3检测信号与第7检测信号的相位差、第4检测信号与第8检测信号的相位差均成为180/m°的方式配置第1～第8检测信号生成部，运算第1检测信号与第5检测信号的和、第2检测信号与第6检测信号的和、第3检测信号与第7检测信号的和、以及第4检测信号与第8检测信号的和。

虽然通过如上所述配置并运算各检测信号生成部，可以降低相当于3次谐波的误差分量和相当于5次谐波的误差分量，并且可以算出高精度的角度检测值，但是还需要一种能够进一步高精度地检测旋转角度的角度传感器。

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种能够高精度地检测旋转角度的旋转角度检测装置。

用于解决技术问题的技术手段

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转角度检测装置，其特征在于，具备：n极对的磁铁，其中，n是3以上的整数，其在圆周方向上交替地排列有不同的磁极，设置为能够与旋转体一体地旋转而成；磁检测部，其被配置于所述磁铁的周围的区域，输出相应于伴随着所述磁铁的旋转的磁场的变化的第1检测信号和第2检测信号；校正信号生成部，其生成从所述磁检测部输出的所述第1检测信号和所述第2检测信号各自所包含的误差分量被降低了的第1校正信号和第2校正信号；以及旋转角度检测部，其基于所述第1校正信号和所述第2校正信号，检测所述旋转体的旋转角度，所述磁检测部至少包含输出所述第1检测信号的第1磁检测部和输出所述第2检测信号的第2磁检测部，所述第1检测信号的相位和所述第2检测信号的相位具有互为90deg的相位差，所述第1磁检测部和所述第2磁检测部分别包含多个第1磁传感器部和多个第2磁传感器部中的各个，所述校正信号生成部通过加算从所述多个第1磁传感器部中的各个输出的第1传感器信号，并且加算从所述多个第2磁传感器部中的各个输出的第2传感器信号，从而降低所述第1检测信号和所述第2检测信号各自所包含的误差分量，所述磁铁的周围的区域包含沿圆周状分割成n个，按顺序排列而成的第1～第n区域，所述多个第1磁传感器部中的至少2个第1磁传感器部被配置于所述第1～第n区域中的互相不同的区域，所述多个第2磁传感器部中的至少2个第2磁传感器部分别被配置于所述第1～第n区域中的互相不同的区域。

在上述旋转角度检测装置中，所述n可以是4以上的整数，所述第1磁检测部和所述第2磁检测部可以分别包含4个所述第1磁传感器部和4个所述第2磁传感器部，所述4个第1磁传感器部可以被配置于所述第1～第n区域中的互相不同的区域，所述4个第2磁传感器部可以被配置于所述第1～第n区域中的互相不同的区域，并且，选自所述4个第1磁传感器部中的2个第1磁传感器部可以被配置于所述第1～第n区域中的1个区域，选自所述4个第2磁传感器部中的2个第2磁传感器部可以被配置于所述第1～第n区域中的1个区域。

所述多个第1磁传感器部可以至少包含1组以电角度计为60+360×x°(x是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第1磁传感器部，所述多个第2磁传感器部可以至少包含1组以电角度计为60+360×x°(x是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第2磁传感器部。

所述多个第1磁传感器部可以包含2组以上以电角度计为60+360×x°(x是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第1磁传感器部，所述多个第2磁传感器部可以包含2组以上以电角度计为60+360×x°(x是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第2磁传感器部。

所述多个第1磁传感器部可以至少包含1组以电角度计为36+360×y°(y是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第1磁传感器部，所述多个第2磁传感器部可以至少包含1组以电角度计为36+360×y°(y是0以上且n-1以下的整数。)的角度间隔配置的2个第2磁传感器部。

在上述旋转角度检测装置中，所述第1磁传感器部和所述第2磁传感器部可以分别包含多个磁阻效应元件，并且，所述磁阻效应元件是可以霍尔元件、amr元件、gmr元件或tmr元件。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种能够高精度地检测旋转角度的旋转角度检测装置。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的立体图。

图2是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的一个方式的概略结构的俯视图。

图3是示出本发明的另一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的俯视图。

图4是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的另一个方式(其1)的概略结构的俯视图。

图5是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的另一个方式(其2)的概略结构的俯视图。

图6是示出将本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置组装于电动机的工序的第1步骤的立体图。

图7是示出将本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置组装于电动机的工序的第2步骤的立体图。

图8是示出将本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置组装于电动机的工序的第3步骤的立体图。

图9示出了将使用了安装有第1磁传感器部和第2磁传感器部的电路基板的另一个方式的旋转角度检测装置组装于电动机的工序的第3步骤，并且是相当于图8的立体图。

图10是示出本发明的一个实施方式中的磁检测装置的概略结构的块图。

图11是示意性地示出本发明的一个实施方式中的第1-1惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。

图12是示意性地示出本发明的一个实施方式中的第1-2惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。

图13是示意性地示出本发明的一个实施方式中的第2-1惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。

图14是示意性地示出本发明的一个实施方式中的第2-2惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。

图15是示出本发明的一个实施方式中的作为磁检测元件的mr元件的概略结构的立体图。

图16是示出本发明的一个实施方式中的作为磁检测元件的mr元件的概略结构的截面图。

图17是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的另一个方式的概略结构的立体图。

图18是示出本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的另一个方式的概略结构的俯视图。

符号说明

1……磁检测装置

2……多极磁铁

3……磁检测部

31……第1磁检测部

31a……第1-1磁传感器部

31b……第1-2磁传感器部

31c……第1-3磁传感器部

31d……第1-4磁传感器部

32……第2磁检测部

32a……第2-1磁传感器部

32b……第2-2磁传感器部

32c……第2-3磁传感器部

32d……第2-4磁传感器部

3a……第1磁传感器组

3b……第2磁传感器组

3c……第3磁传感器组

3d……第4磁传感器组

4……运算处理部

41……校正信号生成部

43……旋转角度检测部

10……旋转角度检测装置

as1……第1校正信号

as2……第2校正信号

ds1……第1检测信号

ds2……第2检测信号

具体实施方式

将参考附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的立体图，图2是示出本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的一个方式的概略结构的俯视图，图3是示出另一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的俯视图，图4和图5是示出本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的另一个方式的概略结构的俯视图，图10是示出本实施方式中的磁检测装置的概略结构的块图。注意，在本实施方式所涉及的旋转角度检测装置中，根据需要，在一些附图中规定了“x、y和z轴方向”。此处，x轴方向和y轴方向是多极磁铁的面内中的互相正交的方向，z轴方向是旋转轴的轴方向。

本实施方式所涉及的旋转角度检测装置10具备磁检测装置1，其具有在圆周方向上交替地排列有不同磁极(n极和s极)而成的多极磁铁2、与多极磁铁2相对地配置的磁检测部3、以及运算处理部4(参照图10)。

多极磁铁2以旋转轴5为中心能够旋转，设置于轴部6，并且以与轴部6的旋转连动的方式以旋转轴5为中心旋转。多极磁铁2包含多个n极和s极为一对的极(n极对(n是3以上的整数，优选为6以上的整数。))，并且n极和s极以放射状(环状)互相交替地排列。多极磁铁2是基于具有其的磁化而使磁场产生的磁场产生手段。在本实施方式中，以6极对的多极磁铁为多极磁铁2的例进行说明(参照图1和图2)，但是本发明不限于此，也可以是8极对的多极磁铁(参照图3)。

磁检测部3具有包含4个第1磁传感器部(第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d)的第1磁检测部31和包含4个第2磁传感器部(第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d)的第2磁检测部32。第1磁检测部31基于伴随着多极磁铁2的旋转的磁场的变化，输出第1检测信号ds1。第2磁检测部32基于伴随着多极磁铁2的旋转的磁场的变化，输出第2检测信号ds2。

在本实施方式中，包含第1-1磁传感器部31a和第2-1磁传感器部32a的第1磁传感器组3a、包含第1-2磁传感器部31b和第2-2磁传感器部32b的第2磁传感器组3b、包含第1-3磁传感器部31c和第2-3磁传感器部32c的第3磁传感器组3c、以及包含第1-4磁传感器部31d和第2-4磁传感器部32d的第4磁传感器组3d的4组分别配置于，通过将多极磁铁2的周围沿其圆周以该多极磁铁2的极对数n分割来设定的第1～第n区域ar1～arn中的各个。其中，第1～第n区域ar1～arn是包含多极磁铁2的一对磁极(n极和s极)的角度范围的区域，即，作为以电角度计为360°的范围的区域，可以被设定为多极磁铁2的周围。

第1～第4磁传感器组3a～3d以沿多极磁铁2的圆周方向(多极磁铁2的旋转方向或其反方向)依次排列的方式配置于第1～第n区域ar1～arn中的各个。在本实施方式中，在6极对的多极磁铁2的周围设置有第1～第6区域ar1～ar6，至少2组磁传感器组配置于第1～第6区域ar1～ar6中的互相不同的区域。在图1和图2所示的方式中，第1～第4磁传感器组3a～3d的全部，配置于第1～第6区域ar1～ar6中的不同的区域的第1区域ar1、第2区域ar2、第4区域ar4以及第5区域ar5，在第3区域ar3以及第6区域ar6没有配置有磁传感器组。然而，本发明不限于这种方式，在第1～第4磁传感器组3a～3d中，2组磁传感器组可以配置于相同的区域，其余的2组磁传感器组可以配置于互相不同的区域。例如，在第1区域ar1可以配置有第1磁传感器组3a，在第3区域ar3可以配置有第2磁传感器组3b，在第5区域ar5可以配置有2组磁传感器组(第3磁传感器组3c以及第4磁传感器组4c)(参照图4)。另外，第1～第4磁传感器组3a～3d在俯视时可以仅配置于以轴部6为中心时的半周的区域。例如，第1～第4磁传感器组3a～3d可以配置于第1～第3区域ar1～ar3(参照图5)。通过将第1～第4磁传感器组3a～3d以这种方式来配置，可以将各磁传感器组3a～3d安装于大致半圆环状的一个基板上，从而可以降低旋转角度检测装置10或组装有其的制品的制造成本，并且可以提高它们的便利性。

例如，在将本实施方式所设计的旋转角度检测装置10设置于电动机的旋转轴的情况下，例如，多极磁铁2被安装于电动机100的轴110(参照图6)，接着，在电路基板120搭载有第1～第4磁传感器组3a～3d的传感器模块130被安装(参照图7)，然后，齿轮140被安装于轴110(参照图8)。此时，如果搭载有第1～第4磁传感器组3a～3d的电路基板120是大致圆环状的(参照图8)，则在产生传感器模块130的故障而需要更换的情况下，不得不将齿轮140从轴110取下。另一方面，如果搭载有第1～第4磁传感器组3a～3d的电路基板120是大致半圆环状的(参照图9)，则在上述的情况下，由于可以不将齿轮140从轴110取下，而仅更换传感器模块130(电路基板120)，因此便利性提高。另外，在电路基板120为大致半圆环状的情况下，可以在将齿轮140安装于轴110之后，安装传感器模块130，并且可以替换制品的制造过程中的工序，在这一方面也可以称得上便利性高。

在第1～第4磁传感器组3a～3d中的各个中，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d，以轴部6(旋转轴5)为中心并且以互为90/n°的角度间隔配置。由此，例如，从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d输出的第2检测信号ds2的波形相对于从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d输出的第1检测信号ds1的波形具有90°(电角度)的相位差。即，当第1检测信号ds1的波形为正弦波形时，则第2检测信号ds2的波形为余弦波形。

第1～第4磁传感器组3a～3d中的2个磁传感器组中所包含的1组第1磁传感器部彼此的角度间隔和1组第2磁传感器部彼此的角度间隔只要是能够有效地降低与相当于至少3次谐波的误差分量的角度间隔即可。例如，第1-1磁传感器部31a与第1-2磁传感器部31b的组、以及第2-1磁传感器部32a与第2-1磁传感器部32b的组均可以以能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔配置，或者第1-1磁传感器部31a与第1-3磁传感器部31c的组、以及第2-1磁传感器部32a与第2-3磁传感器部32c的组均可以以能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔配置。

2组第1磁传感器部的角度间隔和2组第2磁传感器部的角度间隔均可以是能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔。在该情况下，2组第1磁传感器部和2组第2磁传感器部分别可以由4个第1磁传感器部和4个第2磁传感器部构成，也可以由3个第1磁传感器部和3个第2磁传感器部构成。例如，第1-1磁传感器部31a和第1-2磁传感器部31b的组、第1-3磁传感器部31c和第1-4磁传感器部31d的组、第2-1磁传感器部32a和第2-2磁传感器部32b的组、以及第2-3磁传感器部32c和第2-4磁传感器部32d的组，均可以以能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔配置。另外，例如，第1-1磁传感器部31a和第1-2磁传感器部31b的组、第1-1磁传感器部31a和第1-3磁传感器部31c的组、第2-1磁传感器部部32a和第2-2磁传感器部32b的组、以及第2-1磁传感器部32a和第2-3磁传感器部32c的组，均可以以能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔配置。

更优选地，除了上述(至少1组第1磁传感器部的角度间隔和至少1组第2磁传感器部的角度间隔可以是能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔)之外，至少1组第1磁传感器部的角度间隔和至少1组第2磁传感器部的角度间隔也可以是能够有效地降低相当于5次谐波的误差分量的角度间隔。例如，第1-1磁传感器部31a和第1-2磁传感器部31b的组、以及第2-1磁传感器部32a和第2-2磁传感器部32b的组，均可以以能够有效地降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔配置，并且第1-3磁传感器部31c和第1-4磁传感器部31d的组、以及第2-3磁传感器部32c和第2-4磁传感器部32d的组，均可以以能够有效地降低相当于5次谐波的误差分量的角度间隔配置。

此外，能够降低相当于3次谐波的误差分量的角度间隔为60+360×x°(电角度)，能够降低相当于5次谐波的误差分量的角度间隔为36+360×y°(电角度)。x和y均是0以上且n-1以下的整数(n是多极磁铁的极对数)。能够降低相当于本实施方式中的3次谐波或5次谐波的误差分量的角度间隔，是将2个第1磁传感器部或2个第2磁传感器部的圆周方向(多极磁铁2的圆周方向)上的间隔由以轴部6(旋转轴5)为中心的角度(电角度)表示，并且该角度间隔可以是锐角，也可以是钝角。

多极磁铁2与第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d之间的距离ag(沿多极磁铁2的径向的距离)例如是约10mm以下、优选为约0.1～6mm。通常，随着距离ag变小，因相当于3次谐波、5次谐波等的高次谐波的误差分量而导致从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d输出的第1检测信号ds1和第2检测信号ds2的波形产生大的变形，并且旋转角度θ的精度降低。上述距离ag越小，相当于该高次谐波的误差分量越变大为无法忽略的程度。然而，在本实施方式所涉及的旋转角度检测装置10中，由于可以有效地降低相当于从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d输出的第1检测信号ds1和第2检测信号ds2所包含的高次谐波的误差分量，因此即使上述距离ag相对地变小，也可以高精度地计算出旋转角度θ，作为其结果，旋转角度检测装置10的小型化成为可能。

运算处理部4具有校正信号生成部41，其输出降低了第1检测信号ds1和第2检测信号ds2各自所包含的误差分量而成的第1校正信号as1和第2校正信号as2的各个；a/d(模拟/数字)转换部42，其将第1校正信号as1和第2校正信号as2转换为数字信号；以及旋转角度检测部43，其基于转换为数字信号的第1校正信号as1和第2校正信号as2，检测旋转移动的轴部6的旋转角度θ(参照图10)。

第1磁传感器部(第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d)和第2磁传感器部(第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d)分别包含至少1个磁检测元件，并且也可以包含串联连接的1对磁检测元件。在该情况下，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d具有包含串联连接的第1磁检测元件对和第2磁检测元件对的第1-1惠斯通电桥电路311和第1-2惠斯通电桥电路312，第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d具有包含串联连接的第1磁检测元件对和第2磁检测元件对的第2-1惠斯通电桥电路321和第2-2惠斯通电桥电路322。此外，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d可以代替第1-1惠斯通电桥电路311、第1-2惠斯通电桥电路312、第2-1惠斯通电桥电路321和第2-2惠斯通电桥电路322中的各个，具有仅包含第1磁检测元件对，而不包含第2磁检测元件对的半桥电路。

如图11所示，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d所具有的第1-1惠斯通电桥电路311包含电源端口v11、接地端口g11、2个输出端口e111、e112、串联连接的第1对磁检测元件r111、r112、串联连接的第2对磁检测元件r113、r114。磁检测元件r111、r113的各一端连接于电源端口v11。磁检测元件r111的另一端连接于磁检测元件r112的一端和输出端口e111。磁检测元件r113的另一端连接于磁检测元件r114的一端和输出端口e112。磁检测元件r112、r114的各另一端连接于接地端口g11。在电源端口v11，施加有规定的大小的电源电压，并且接地端口g11连接于地。

如图12所示，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d所具有的第1-2惠斯通电桥电路312与第1-1惠斯通电桥电路311具有相同的结构，包含电源端口v12、接地端口g12、2个输出端口e121、e122、串联连接的第1对磁检测元件r121、r122、串联连接的第2对磁检测元件r123、r124。磁检测元件r121、r123的各一端连接于电源端口v12。磁检测元件r121的另一端连接于磁检测元件r122的一端和输出端口e121。磁检测元件r123的另一端连接于磁检测元件r124的一端和输出端口e122。磁检测元件r122、r124的各另一端连接于接地端口g12。在电源端口v12，施加有规定的大小的电源电压，并且接地端口g12连接于地。

如图13所示，第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d所具有的第2-1惠斯通电桥电路321与第1-1惠斯通电桥电路311具有相同的结构，包含电源端口v21、接地端口g21、2个输出端口e211、e212、串联连接的第1对磁检测元件r211、r212、串联连接的第2对磁检测元件r213、r214。磁检测元件r211、r213的各一端连接于电源端口v21。磁检测元件r211的另一端连接于磁检测元件r212的一端和输出端口e211。磁检测元件r213的另一端连接于磁检测元件r214的一端和输出端口e212。磁检测元件r212、r214的各另一端连接于接地端口g21。在电源端口v21，施加有规定的大小的电源电压，并且接地端口g21连接于地。

如图14所示，第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d所具有的第2-2惠斯通电桥电路322与第2-1惠斯通电桥电路321具有相同的结构，包含电源端口v22、接地端口g22、2个输出端口e221、e222、串联连接的第1对磁检测元件r221、r222、串联连接的第2对磁检测元件r223、r224。磁检测元件r221、r223的各一端连接于电源端口v22。磁检测元件r221的另一端连接于磁检测元件r222的一端和输出端口e221。磁检测元件r223的另一端连接于磁检测元件r224的一端和输出端口e222。磁检测元件r222、r224的各另一端连接于接地端口g22。在电源端口v22，施加有规定的大小的电源电压，并且接地端口g22连接于地。

在本实施方式中，作为第1-1惠斯通电桥电路311、第1-2惠斯通电桥电路312、第2-1惠斯通电桥电路321和第2-2惠斯通电桥电路322所包含的全部的磁检测元件r111～r124、r211～r224，可以使用tmr元件、gmr元件、amr元件等的mr元件或者霍尔元件等的磁检测元件，特别优选为使用tmr元件。tmr元件、gmr元件具有：磁化方向固定的磁化固定层、相应于施加的磁场的方向而磁化方向变化的自由层、以及配置于磁化固定层和自由层之间的非磁性层。

具体地，如图15所示，mr元件具有多个下部电极61、多个mr膜50和多个上部电极62。多个下部电极61设置于基板(未在图中示出)上。各下部电极61具有细长的形状。在邻接于下部电极61的长边方向的2个下部电极61之间形成有间隙。在下部电极61的上表面中的长边方向的两端附近分别设置有mr膜50。如图16所示，mr膜50在俯视时为大致圆形状，并且包含从下部电极61侧起依次层叠的自由层51、非磁性层52、固定磁化层53和反铁磁性层54。自由层51电连接于下部电极61。反铁磁性层54由反铁磁性材料构成，并且通过在磁化固定层53之间使交换耦合发生，从而发挥固定磁化固定层53的磁化的方向的作用。多个上部电极62设置于多个mr膜50上。各上部电极62具有细长的形状，配置于在下部电极61的长边方向上邻接的2个下部电极61上，并且将邻接的2个mr膜50的反铁磁性层54彼此电连接。此外，mr膜50也可以具有从上部电极62侧起依次层叠有自由层51、非磁性层52、磁化固定层53和反铁磁性层54而成的结构。另外，通过将磁化固定层53设为铁磁性层/非磁性中间层/铁磁性层的层叠铁磁结构，并且使两个铁磁性层反铁磁性地耦合而成，成为所谓的自销型的固定层(合成铁固定层(syntheticferripinned层)，sfp层)，从而可以省略反铁磁性层54。

在tmr元件中，非磁性层52是隧道势垒层。在gmr元件中，非磁性层52是非磁性导电层。在tmr元件、gmr元件中，相应于自由层51的磁化的方向与磁化固定层53的磁化的方向所成的角度，电阻值变化，并且当该角度为0°(互相的磁化方向为平行)时的电阻值为最小，当为180°(互相的磁化方向为反向平行)时的电阻值变为最大值。

在图11～图14中，在磁检测元件r111～r124、r211～r224是tmr元件或gmr元件的情况下，其磁化固定层53的磁化方向由空心箭头表示。在第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的第1-1惠斯通电桥电路311中，磁检测元件r111～r114的磁化固定层53的磁化方向与第1方向d1平行，并且磁检测元件r111、r114的磁化固定层53的磁化方向与磁检测元件r112、r113的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。在第1-2惠斯通电桥电路312中，磁检测元件r121～r124的磁化固定层53的磁化方向与第1方向d1平行，磁检测元件r121、r124的磁化固定层53的磁化方向与磁检测元件r122、r123的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。第1-1惠斯通电桥电路311中的磁检测元件r111～r114中的各个的磁化固定层53的磁化方向与第1-2惠斯通电桥电路312中的磁检测元件r121～r124中的各个的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。

在第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d的第2-1惠斯通电桥电路321中，磁检测元件r211～r214的磁化固定层53的磁化方向与第1方向d1平行，并且磁检测元件r211、r214的磁化固定层53的磁化方向与磁检测元件r212、r213的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。在第2-2惠斯通电桥电路322中，磁检测元件r221～r224的磁化固定层53的磁化方向与第1方向d1平行，磁检测元件r221、r224的磁化固定层53的磁化方向与磁检测元件r222、r223的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。第2-1惠斯通电桥电路321中的磁检测元件r211～r214中的各个的磁化固定层53的磁化方向与第2-2惠斯通电桥电路322中的磁检测元件r221～r224中的各个的磁化固定层53的磁化方向互为反向平行。

在第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中，相应于伴随着轴部6的旋转移动的磁场的方向的变化，输出端口e111、e112、e121、e122和输出端口e211、e212、e221、e222之间的电位差变化，并且作为表示磁场强度的信号的传感器信号s11⁺～s14⁺、s11^-～s14^-、s21⁺～s24⁺、s21^-～s24^-被输出。

第1-1差分检测器71a将对应于输出端口e111、e112的电位差的信号作为传感器信号s11⁺～s14⁺输出至校正信号生成部41。第1-2差分检测器71b将对应于输出端口e121、e122的电位差的信号作为传感器信号s11^-～s14^-输出至校正信号生成部41。第2-1差分检测器72a将对应于输出端口e211、e212的电位差的信号作为传感器信号s21⁺～s24⁺输出至校正信号生成部41。第2-2差分检测器72b将对应于输出端口e221、e222的电位差的信号作为传感器信号s21^-～s24^-输出至校正信号生成部41。

在第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中，第1-1惠斯通电桥电路311中的磁检测元件r111～r114的磁化固定层53的磁化方向中的各个，与第1-2惠斯通电桥电路312中的磁检测元件r121～r124的磁化固定层53的磁化方向中的各个互为反向平行。在该情况下，传感器信号s11⁺～s14⁺以及传感器信号s11^-～s14^-的波形的任一个均是取决于多极磁铁2的旋转角度θ的正弦(sine)波形，并且成为具有互为180/n°的相位差的波形。

在第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中，第2-1惠斯通电桥电路321中的磁检测元件r211～r214的磁化固定层53的磁化方向中的各个，与第2-2惠斯通电桥电路322中的磁检测元件r221～r224的磁化固定层53的磁化方向中的各个互为反向平行。并且，第2磁传感器部的第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中的各个，相对于第1磁传感器部的第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中的各个，以轴部6为中心以90/n°的角度间隔配置。在该情况下，传感器信号s21⁺～s24⁺以及传感器信号s21^-～s24^-的波形的任一个均是取决于多极磁铁2的旋转角度θ的余弦(cosine)波形，并且成为具有互为180/n°的相位差的波形。

校正信号生成部41通过从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中的各个输出的传感器信号s11⁺、s12⁺、s13⁺、s14⁺的加算处理，来生成正弦信号(sinθ1⁺)，并且，通过从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中的各个输出的传感器信号s11^-、s12^-、s13^-、s14^-的加算处理，来生成正弦信号(sinθ1^-)。

另外，通过从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中的各个输出的传感器信号s21⁺、s22⁺、s23⁺、s24⁺的加算处理，来生成余弦信号(cosinθ1⁺)，并且，通过从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中的各个输出的传感器信号s21^-、s22^-、s23^-、s24^-的加算处理，来生成余弦信号(cosinθ1^-)。

在从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中的各个输出的传感器信号s11⁺～s14⁺、s11^-～s14^-，包含有具有理想性的正弦波的波形的理想分量和由3次谐波、5次谐波等的高次谐波构成的误差分量。同样地，在从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中的各个输出的传感器信号s21⁺～s24⁺、s21^-～s24^-，也包含有具有上述理想分量和上述误差分量。在本实施方式中，通过将至少2组磁传感器组配置于第1～第6区域ar1～ar6中的互相不同的区域，可以降低通过由校正信号生成部41进行的加算处理来生成上述误差分量降低了的正弦信号(sinθ⁺、sinθ^-)和余弦信号(cosθ⁺、cosθ^-)。并且，通过分别计算出由校正信号生成部41生成的正弦信号(sinθ⁺、sinθ^-)的差分和余弦信号(cosθ⁺、cosθ^-)的差分，从而生成第1校正信号as1和第2校正信号as2。第1校正信号as1具有非常接近于相当于3次谐波、5次谐波等的误差分量降低了的理想性的正弦波的波形(sine波形)的波形，第2校正信号as2具有非常接近于相当于3次谐波、5次谐波等的误差分量降低了的理想性的余弦波的波形(cosine波形)的波形。

a/d转换器42将从校正信号生成部41输出的第1校正信号as1和第2校正信号as2(关于旋转角度θ的模拟信号)中的各个转换为数字信号s1、s2，该数字信号s1、s2被输入于旋转角度检测器43。

旋转角度检测部43基于通过a/d转换部42转换成数字信号的第1校正信号as1(s1)和第2校正信号as2(s2)进行运算处理，并且算出轴部6的旋转角度θ。由旋转角度检测部43计算出的轴部6的旋转角度θ被存储于运算处理部4中所包含的存储部(未在图中示出)。运算处理部4(校正信号生成部41和旋转角度检测部43)例如由微型计算机、asic(专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit))等构成。轴部6的旋转角度θ例如可以通过下式所表示的反正切计算来算出。

θ＝atan(s1/s2)

注意，在360°的范围内，上式中的旋转角度θ的解具有2个相差180°的值。然而，通过第1校正信号as1和第2校正信号as2的正负组合，可以判断旋转角度θ的真实的值为上式中的2个解中的哪一个。即，当第1校正信号as1为正的值时，旋转角度θ大于0°且小于180°。当第1校正信号as1为负的值时，旋转角度θ大于180°且小于360°。当第2校正信号as2为正的值时，旋转角度θ在0°以上且小于90°以及大于270°且为360°以下的范围内。当第2校正信号as2为负的值时，旋转角度θ大于90°且小于270°。旋转角度检测部43通过上式以及第1校正信号as1和第2校正信号as2的正负组合的判别来计算出360°范围内的旋转角度θ。为了计算出旋转角度θ而使用的第1校正信号as1和第2校正信号as2，如上所述，是降低了从第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d中的各个输出的传感器信号s11⁺～s14⁺、s11^-～s14^-以及从第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d中的各个输出的传感器信号s21⁺～s24⁺、s21^-～s24^-的误差成分而生成的。因此，基于第1校正信号as1和第2校正信号as2，可以高精度地计算出旋转角度θ。

如上所述，根据本实施方式所涉及的旋转角度检测装置10，由于可以高精度地计算出旋转角度θ，因此，在旋转角度检测装置10所适用的应用中，使用了该旋转角度θ的高精度的控制成为可能。

以上说明的实施方式是用于易于本发明的理解而记载的，但是不是为了限制本发明而记载的实施方式。因此，在上述实施方式中公开的各个要素，旨在包含属于本发明的技术范围内的所有的设计变更或等同物。

在以上实施方式中，对具备第1～第4磁传感器组3a～3d的4组磁传感器组的旋转角度检测装置10进行举例说明，但是本发明不限于该方式。例如，为了使相当于m次谐波(m为3以上的奇数)的误差分量降低，磁传感器组的组数可以具备2^(m-1)/2组磁传感器组。为了使相当于至少3次谐波的误差分量降低，如图17所示，可以具备包含第1-1磁传感器部31a和第2-1磁传感器部32a的第1磁传感器组3a、以及包含第1-2磁传感器部31b和第2-2磁传感器部32b的第2磁传感器组3b的2组磁传感器组。在该情况下，第1磁传感器组3a和第2磁传感器组3b可以被配置于第1～第n区域ar1～arn(在图17中n＝6)中的互相不同的区域(在图17中为第4区域ar4以及第5区域ar5)。例如，可以被配置于在多极磁铁2的圆周方向上互相邻接的区域(如图17所示为第4区域ar4以及第5区域ar5)，也可以被配置于在多极磁铁2的圆周方向上以将一个区域夹持于中间的方式互为不同的区域(例如，第4区域ar4以及第6区域ar6等)，也可以被配置于在多极磁铁2的径向上相对的区域(例如，第1区域ar1以及第4区域ar4等)。

在上述实施方式中，以第1～第4磁传感器组3a～3d配置于在多极磁铁2的径向外侧以包围该多极磁铁2的方式定位的第1～第n区域ar1～arn中的任一个的方式为例进行了举例说明，但是本发明不限于该方式。例如，第1～第4磁传感器组3a～3d可以配置于定位于沿旋转轴5的轴方向的多极磁铁2的上方(一侧)的第1～第6区域ar1～ar6中的任一个(参照图18)，也可以配置于定位于多极磁铁2的下方(另一侧)的第1～第6区域ar1～ar6中的任一个。即，第1～第n区域ar1～arn可以被设定于多极磁铁2的上方和下方、以及径向外侧的任一个。在图18所示的方式中，多极磁铁2与第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d和第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d之间的距离(沿旋转轴5的轴方向的距离)例如可以是约10mm以下，优选为约0.1～6mm。

【实施例】

在下文中，将列举实施例等对本发明进行进一步详细地说明，但是本发明完全不限于以下的实施例等。

[实施例1]

在具有如图1和图2所示的结构的旋转角度检测装置10中，在对第1～第4磁传感器组3a～3d的第1磁传感器部(第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d)以及第2磁传感器部(第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d)的配置进行各种改变的样品1～10中，通过仿真求得角度检测误差ae。在样品1～10中，在从第1～第6区域ar1～ar6中任意选择的4个区域，以分别配置第1～第4磁传感器组3a～3d的方式设定。作为比较，对于将第1磁传感器组3a的第1-1磁传感器部31a配置于0°(电角度)的位置，将第2磁传感器组3b的第1-2磁传感器部31b配置于36°(电角度)的位置，将第3磁传感器组3c的第1-3磁传感器部31c配置于60°(电角度)的位置，并且将第4磁传感器组3d的第1-4磁传感器部31d配置于96°(电角度)的位置的样品(样品ref.)，也同样地通过仿真求得角度检测误差ae。在各个样品中，将第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d设为与从各磁传感器组中的第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d具有90°(电角度)的相位差的配置。将第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置以及角度检测误差ae的仿真结果示于表1。注意，在表1中，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置由图1和图2所示的旋转角度检测装置10中的第1区域ar1和第6区域ar6的边界被设为0°时的电角度的数值表示，第1区域ar1为0°以上且小于360°(电角度)的角度范围的区域，第2区域ar2为360°以上且小于720°(电角度)的角度范围的区域，第3区域ar3为720°以上且小于1080°(电角度)的角度范围的区域，第4区域ar4为1080°以上且小于1440°(电角度)的角度范围的区域，第5区域ar5为1440°以上且小于1800°(电角度)的角度范围的区域，第6区域ar6为1800°以上且小于2160°(电角度)的角度范围的区域。

【表1】

[实施例2]

除了以将任意选择的2个磁传感器组配置于相同的区域的方式设置以外，其余与实施例1相同地，在对第1～第4磁传感器组3a～3d的第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d以及第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d的配置进行各种改变的样品11～17中，通过仿真求得角度检测误差ae。将第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置以及角度检测误差ae的仿真结果示于表2。注意，在表2中，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置由图1和图2所示的旋转角度检测装置10中的第1区域ar1和第6区域ar6的边界被设为0°时的电角度的数值表示，第1区域ar1为0°以上且小于360°(电角度)的角度范围的区域，第2区域ar2为360°以上且小于720°(电角度)的角度范围的区域，第3区域ar3为720°以上且小于1080°(电角度)的角度范围的区域，第4区域ar4为1080°以上且小于1440°(电角度)的角度范围的区域，第5区域ar5为1440°以上且小于1800°(电角度)的角度范围的区域，第6区域ar6为1800°以上且小于2160°(电角度)的角度范围的区域。

【表2】

[实施例3]

除了使用了8极对的多极磁铁2以外，其余与实施例1相同地，在对第1～第4磁传感器组3a～3d的第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d以及第2-1～第2-4磁传感器部32a～32d的配置进行各种改变的样品18～22中，通过仿真求得角度检测误差ae。将第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置以及角度检测误差ae的仿真结果示于表3。注意，在表3中，第1-1～第1-4磁传感器部31a～31d的配置由图3所示的旋转角度检测装置10中的第1区域ar1和第8区域ar8的边界被设为0°时的电角度的数值表示，第1区域ar1为0°以上且小于360°(电角度)的角度范围的区域，第2区域ar2为360°以上且小于720°(电角度)的角度范围的区域，第3区域ar3为720°以上且小于1080°(电角度)的角度范围的区域，第4区域ar4为1080°以上且小于1440°(电角度)的角度范围的区域，第5区域ar5为1440°以上且小于1800°(电角度)的角度范围的区域，第6区域ar6为1800°以上且小于2160°(电角度)的角度范围的区域，第7区域ar6为2160°以上且小于2520°(电角度)的角度范围的区域，第8区域ar6为2520°以上且小于2880°(电角度)的角度范围的区域。

【表3】

如表1所示，与第1～第4磁传感器组3a～3d的全部配置于第1区域ar1的样品ref.相比，在第1～第4磁传感器组3a～3d中的各个被配置于互相不同的区域的样品1～10中，确认了能够降低角度检测误差ae。

另外，如表2所示，通过将从第1～第4磁传感器组3a～3d中任意选择的2个磁传感器组配置于相同的区域，并且将其它的2个磁传感器组配置于互相不同的区域，确认了能够降低角度检测误差ae(样品11～17)。

此外，在使用了8极对的多极磁铁2的样品18～22中，通过将第1～第4磁传感器组3a～3d分别配置于不同的区域，确认了能够降低角度检测误差ae。

从上述样品1～22的结果以及样品ref.的结果可以显而易见的是，通过将第1～第4磁传感器组3a～3d中的至少2个磁传感器组配置于第1～第n区域ar1～arn中的互相不同的区域，并且将4个第1-1～第1-4磁传感器部3a～3d以能够降低相当于至少3次谐波的误差分量的角度间隔配置，从而可以降低角度检测误差ae，并且可以高精度地检测和推测出旋转角度。