[发明专利]旋转磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及检测旋转磁场的方向相对于基准方向形成的角度的旋转磁场传感器。

背景技术

近年来，在汽车的方向盘的旋转位置的检测等各种用途上，为了检测对象物体的旋转位置，广泛使用旋转磁场传感器。旋转磁场传感器不限于检测对象物体的旋转位置，也可以使用于检测对象物体的直线位移的情况。在使用旋转磁场传感器的系统中，一般设置与对象物体的旋转或直线运动连动地发生方向旋转的旋转磁场的部件(例如磁体)。旋转磁场传感器利用磁检测元件检测旋转磁场的方向相对于基准方向形成的角度。借助于此，检测对象物体的旋转位置或直线位移。

作为旋转磁场传感器，如美国专利第6,943,544B2号说明书、美国专利第6,633,462B2号说明书、以及美国专利申请公开第2009/0206827A1号说明书所记载的，已知有具备两个桥式电路(惠斯通电桥电路)的传感器。在这种旋转磁场传感器中，两个桥式电路分别包含4个作为磁检测元件的磁阻效应元件(以下也称为MR元件)，检测旋转磁场的一个方向的成分的强度，输出表示该强度的信号。两个桥式电路的输出信号的相位相差各桥式电路的输出信号的周期的1/4。旋转磁场的方向相对于基准方向所成的角度根据两个桥式电路的输出信号被计算出。

作为磁检测元件使用MR元件的旋转磁场传感器中，伴随旋转磁场的方向的旋转，与MR元件的电阻值对应的输出信号波形理想地形成正弦曲线(包括正弦(sine)波形和余弦(cosine)波形)。但是如美国专利第6,633,462B2号说明书所记载的，已知MR元件的输出信号波形有偏离正弦曲线的畸变情况。MR元件的输出信号波形一旦发生畸变，旋转磁场传感器检测出的角度有时候就会发生误差。MR元件的输出信号波形畸变的原因之一起因于MR元件。

在这里，以MR元件是GMR(巨大磁阻效应)元件或TMR(隧道磁阻效应元件)的情况为例，对因MR元件的缘故MR元件的输出信号波形发生畸变的情况的例子进行说明。GMR元件和TMR元件具有磁化方向固定的磁化固定层、磁化方向按照旋转磁场的方向变化的自由层、以及配置于磁化固定层与自由层之间的非磁性层。作为因MR元件的缘故而导致MR元件的输出信号波形发生畸变的情况的例子，可以举出自由层具有感应磁各向异性的情况。这种自由层的感应磁各向异性是在例如将旋转磁场传感器设置于规定位置后，保持对MR元件施加特定方向的外部磁场的情况下，将包含MR元件的旋转磁场传感器的设置位置的温度暂时升高后下降时发生的。一旦自由层具有感应磁各向异性，自由层的磁化方向就不能正确地跟随旋转磁场的方向，其结果是，MR元件的输出信号波形发生偏离正弦曲线的畸变。

在美国专利第6,633,462B2号说明书中记载了使两个修正检测元件与具有主参考磁化轴的主检测元件电气连接，以对检测角度进行修正的磁阻传感器，其中所述两个修正检测元件分别具有相对主参考磁化轴倾斜的参考磁化轴。美国专利第6,633,462B2号说明书中记载的技术，在传感器的设计阶段了解到主检测元件的输出信号中包含的误差信号的相位与主检测元件的理想的输出信号的相位之间的关系的情况下，对于减小误差信号是有效的。

但是，如上所述，在旋转磁场传感器设置后发生自由层的感应磁各向异性的情况下，感应磁各向异性造成的易磁化方向为任意方向。因此，在这种情况下，MR元件的输出信号中包含的误差成分的相位与MR元件的理想的输出信号的相位之间的关系不是一定的，在旋转磁场传感器的设计阶段无法了解。因此，美国专利第6,633,462B2号说明书中记载的技术不能够适用于旋转磁场传感器设置后发生自由层的感应磁各向异性的情况。

还有，迄今为止，对使用MR元件作为磁检测元件的旋转磁场传感器中，旋转磁场传感器设置后发生的自由层的感应各向异性导致误差成分的相位为任意相位的问题点进行了说明。但是这个问题点完全适合至少包含一个磁检测元件，对旋转磁场的方向相对基准方向构成的角度进行检测的旋转磁场传感器中，磁检测元件的输出信号中包含的误差成分的相位为任意相位的全部情况。

发明内容

本发明的目的在于，提供包含至少一个磁检测元件并且检测旋转磁场的方向相对于基准方向形成的角度的旋转磁场传感器，这种传感器即使是磁检测元件的输出信号中包含的误差成分的相位为任意相位的情况下，也能够减小检测角度的误差。