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公開番号2025054554
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023163660
出願日2023-09-26
発明の名称磁気センサ装置、磁気センサシステムおよび動作検出装置
出願人TDK株式会社
代理人インフォート弁理士法人,弁理士法人イトーシン国際特許事務所
主分類G01B 7/30 20060101AFI20250331BHJP(測定;試験)
要約【課題】簡単な構成で対象磁界の方向と強度の両方を検出することが可能な磁気センサ装置を実現する。
【解決手段】磁気センサ装置2は、磁気センサ1とプロセッサ40とを備えている。磁気センサ1の第1ないし第3の検出回路10a～10cの各々は、MR素子11,12を含んでいる。MR素子11,12を構成する複数の積層膜50の各々は、磁気渦構造を有し且つ対象磁界MFに応じて磁気渦構造の中心53cが移動するように構成された自由層53cを含んでいる。第1ないし第3の検出回路10a～10cは、それぞれ対象磁界MFの方向の周期的な変化に応じて周期的に変化すると共に対象磁界MFの強度の変化に応じて振幅が変化する第1ないし第3の検出信号S1～S3を生成する。プロセッサ40は、第1ないし第3の検出信号S1～S3に基づいて、角度検出値θsと強度検出値Vaとを生成する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
対象磁界を検出するように構成された磁気センサと、プロセッサとを備えた磁気センサ装置であって、
前記磁気センサは、それぞれ磁気抵抗効果素子を含む複数の検出回路を含み、
前記磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、磁気渦構造を有し且つ前記対象磁界に応じて前記磁気渦構造の中心が移動するように構成された自由層とを含み、
前記複数の検出回路は、それぞれ前記対象磁界の方向の周期的な変化に応じて周期的に変化すると共に前記対象磁界の強度の変化に応じて振幅が変化する複数の検出信号を生成するように構成され、
前記プロセッサは、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する角度検出値と、前記対象磁界の強度と対応関係を有する強度検出値とを生成するように構成されていることを特徴とする磁気センサ装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記複数の検出回路は、第１の検出回路および第２の検出回路であり、
前記複数の検出信号は、前記第１の検出回路が生成する第１の検出信号および前記第２の検出回路が生成する第２の検出信号であり、
前記プロセッサは、前記第１の検出信号に対する前記第２の検出信号の比を用いて、前記角度検出値を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記第１の検出信号および前記第２の検出信号は、それぞれ、互いに等しい周期で変化する周期成分を含み、
前記第１の検出信号の前記周期成分と前記第２の検出信号の前記周期成分の位相差は、前記周期の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項２記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記第１の検出信号および前記第２の検出信号の２乗和を用いて前記強度検出値を生成するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の磁気センサ装置。
【請求項５】
前記複数の検出回路は、第１の検出回路、第２の検出回路および第３の検出回路であり、
前記複数の検出信号は、前記第１の検出回路が生成する第１の検出信号、前記第２の検出回路が生成する第２の検出信号および前記第３の検出回路が生成する第３の検出信号であり、
前記プロセッサは、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の差分に相当する第１の信号と、前記第２の検出信号と前記第３の検出信号の差分に相当する第２の信号と、前記第３の検出信号と前記第１の検出信号の差分に相当する第３の信号とを用いて、前記角度検出値を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項６】
前記第１の検出信号、前記第２の検出信号および前記第３の検出信号は、それぞれ、互いに等しい周期で変化する周期成分を含み、
前記第１の検出信号の前記周期成分と前記第２の検出信号の前記周期成分の位相差と、前記第２の検出信号の前記周期成分と前記第３の検出信号の前記周期成分の位相差は、いずれも、前記周期の１／３であり、
前記第１の検出信号の前記周期成分と前記第３の検出信号の前記周期成分の位相差は、前記周期の２／３であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記第１の信号、前記第２の信号および前記第３の信号の２乗和を用いて前記強度検出値を生成するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ装置。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子に印加される前記対象磁界の強度の変化の範囲内では、前記自由層は飽和しないことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ装置と、
前記対象磁界を発生するように構成された磁界発生器とを備えたことを特徴とする磁気センサシステム。
【請求項１０】
前記磁気センサと前記磁界発生器は、前記磁気センサと前記磁界発生器の少なくとも一方が基準軸を中心とする軸周り方向に回転すると、前記対象磁界の方向が変化し、前記磁気センサと前記磁界発生器の少なくとも一方が前記基準軸に平行な方向に移動すると、前記対象磁界の強度が変化するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気渦構造を有する自由層を用いた磁気抵抗効果素子を含む磁気センサ装置と、それぞれこの磁気センサ装置を含む磁気センサシステムおよび動作検出装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、自動車におけるステアリングホイールまたはパワーステアリングモータの回転位置の検出等の種々の用途で、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度センサが広く利用されている。角度センサとしては、例えば磁気検出素子を用いた角度センサがある。磁気検出素子が用いられる角度センサシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する検出対象磁界を発生する磁界発生器が設けられる。磁界発生器は、例えば磁石である。検出対象の角度は、基準位置における検出対象磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する。
【０００３】
磁気検出素子としては、例えばスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が用いられる。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。
【０００４】
スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた角度センサとしては、特許文献１に開示されているように、それぞれ磁気抵抗効果素子を用いたブリッジ回路を含む２つの検出回路であって、出力特性の位相が互いに異なる２つの検出回路を含む角度センサが知られている。特許文献１には、角度センサの他に、磁気渦構造（ボルテックス（Ｖｏｒｔｅｘ）構造とも言う。）を有する自由層を含む磁気抵抗効果素子を用いた磁場強度センサも開示されている。角度センサと磁場強度センサは、同一基板上に設けられて、１つの磁気センサを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２０／２５０４８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
角度センサシステムには、対象物の回転と直線的な運動の両方を検出することを求められる場合がある。この場合、特許文献１に開示されたような磁気センサを用いて、検出対象磁界の方向と強度の両方を検出することが考えられる。しかし、特許文献１に開示された磁気センサでは、角度センサと磁場強度センサが別々に設けられているため、磁気センサの小型化が難しいという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で対象磁界の方向と強度の両方を検出することが可能な磁気センサ装置と、それぞれこの磁気センサ装置を含む磁気センサシステムおよび動作検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の磁気センサ装置は、対象磁界を検出するように構成された磁気センサと、プロセッサとを備えている。磁気センサは、それぞれ磁気抵抗効果素子を含む複数の検出回路を含んでいる。磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、磁気渦構造を有し且つ対象磁界に応じて磁気渦構造の中心が移動するように構成された自由層とを含んでいる。複数の検出回路は、それぞれ対象磁界の方向の周期的な変化に応じて周期的に変化すると共に対象磁界の強度の変化に応じて振幅が変化する複数の検出信号を生成するように構成されている。プロセッサは、複数の検出信号に基づいて、対象磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する角度検出値と、対象磁界の強度と対応関係を有する強度検出値とを生成するように構成されている。
【０００９】
本発明の磁気センサシステムは、本発明の磁気センサ装置と、対象磁界を発生するように構成された磁界発生器とを備えている。
【００１０】
本発明の動作検出装置は、基準軸を中心とする軸周り方向に回転する動作と、基準軸に平行な方向に移動する動作とを行えるように構成された部品と、本発明の磁気センサ装置と、対象磁界を発生するように構成されると共に、部品と連動して動作するように構成された磁界発生器とを備えている。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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