專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備旋轉(zhuǎn)的磁鐵和檢測磁鐵的磁場的磁性傳感器并檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車的方向盤的旋轉(zhuǎn)位置的檢測等各種用途中，為了檢測對象物的旋轉(zhuǎn)位置，磁式旋轉(zhuǎn)角度傳感器得到廣泛利用。作為磁式旋轉(zhuǎn)角度傳感器，例如，已知有如日本特開2007-93280號公報以及日本特開2010-66196號公報所記載的那樣，具備旋轉(zhuǎn)的磁鐵和檢測磁鐵的磁場的磁性傳感器并基于磁性傳感器的檢測輸出而檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器。在具備旋轉(zhuǎn)的磁鐵和磁性傳感器的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，例如，磁鐵具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面且具有與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向的磁化，磁性傳感器以相對磁鐵的端面隔開既定間隔而相向的方式配置。作為這樣結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度傳感器所尋求的性能，例如有因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度較大，以及磁鐵的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度和基于磁性傳感器的檢測輸出而檢測出的磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度(以下稱為檢測角度)之差(以下稱為角度誤差)較小。向磁性傳感器除了施加有磁鐵發(fā)生的磁場外，還存在施加有電動機(jī)的泄漏磁場或地磁等其他磁場的情況。為在施加于磁性傳感器的磁場之中相對地減小磁鐵發(fā)生的磁場以外的磁場的影響，需要使因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度較大。因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度的增大，例如能通過用剩磁通密度較大的磁性材料形成磁鐵，或使磁鐵大型化來實(shí)現(xiàn)。另一方面，發(fā)生角度誤差的原因之一是磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離。在制作旋轉(zhuǎn)角度傳感器時、旋轉(zhuǎn)角度傳感器的使用時，存在磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系從期望的位置關(guān)系稍微偏離的情況。這里，在平行于磁鐵的端面的假想平面上與旋轉(zhuǎn)軸相交的位置(以下稱為中心位置)，設(shè)磁鐵的磁場的方向與磁鐵的磁化的方向平行。而且，在假想平面上，設(shè)旋轉(zhuǎn)軸通過磁性傳感器的中心的磁性傳感器的位置為磁性傳感器的期望的位置。在上述的假想平面上，在從中心位置偏離的位置，存在磁鐵的磁場的方向和中心位置的磁鐵的磁場的方向不同的情況。因此，在假想平面上，在磁性傳感器的位置從期望的位置偏離的情況下，可能發(fā)生磁性傳感器所檢測的磁場的方向與在配置于期望的位置時磁性傳感器所檢測的磁場的方向不同的情況。這樣，可能因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起角度誤差的產(chǎn)生。即使在產(chǎn)生了磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離的情況下，旋轉(zhuǎn)角度傳感器也尋求角度誤差較小。在日本特開2007-93280號公報中，記載了如下的技術(shù)在具備圓板磁鐵和磁電轉(zhuǎn)換元件的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，通過將磁電轉(zhuǎn)換元件配置于因圓板磁鐵的旋轉(zhuǎn)軸偏離而引起的角度誤差較小的位置來抑制角度誤差。在日本特開2010-66196號公報中，記載了通過考慮磁鐵的形狀和磁檢測部的配置來減小角度誤差的技術(shù)。在該技術(shù)中，磁鐵具有旋轉(zhuǎn)中心軸的附近部、附近部的外側(cè)的第 I外周部以及第I外周部的外側(cè)的第2外周部。附近部的與旋轉(zhuǎn)中心軸平行的方向的厚度， 比第I外周部及第2外周部的與旋轉(zhuǎn)中心軸平行的方向的厚度厚。如前所述，在具備旋轉(zhuǎn)的磁鐵和磁性傳感器的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，尋求因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度較大，以及因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差較小。為了滿足這些要求，可以考慮將磁性傳感器配置于增大磁鐵發(fā)生的磁場的強(qiáng)度且減小因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差的位置。本申請的發(fā)明人通過模擬，確認(rèn)了在圓柱形狀的磁鐵的端面附近存在一個區(qū)域 (以下稱為平行磁場區(qū)域)，該區(qū)域內(nèi)的磁場方向是與期望的位置的磁場方向?qū)嵸|(zhì)相同的方向，以及平行于磁鐵的端面的假想平面上的平行磁場區(qū)域的面積隨著磁鐵的端面和假想平面之間的距離而變化。因此，認(rèn)為通過在平行磁場區(qū)域的面積最大的假想平面上配置磁性傳感器，能夠使因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差變小。另一方面，為了增大圓柱形狀的磁鐵發(fā)生的磁場的強(qiáng)度，增加磁鐵的厚度(旋轉(zhuǎn)軸方向的尺寸)是有效的。然而，在增大磁鐵的厚度的情況下，發(fā)現(xiàn)會產(chǎn)生以下那樣的問題。即，通過模擬得知，增大磁鐵的厚度時，平行磁場區(qū)域的面積最大的假想平面和磁鐵的端面之間的距離變小。因此，增大磁鐵的厚度且將磁性傳感器配置在平行磁場區(qū)域的面積最大的假想平面上時，磁鐵的端面和磁性傳感器之間的距離變得過小，從而產(chǎn)生磁性傳感器與磁鐵接觸而破損的可能性。這樣，在使用圓柱形狀的磁鐵的情況下，增大因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度，而不使磁鐵和磁性傳感器之間的距離變得過小，且減小因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差，這是困難的。在日本特開2007-93280號公報及日本特開2010-66196號公報所記載的技術(shù)中，不能夠解決這個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)角度傳感器，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器具備旋轉(zhuǎn)的磁鐵和檢測磁鐵的磁場的磁性傳感器并檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度，能增大因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度，且減小因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差，而不使磁鐵和磁性傳感器之間的距離變得過小。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度傳感器具備磁鐵，具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面并具有與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向的磁化，以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及磁性傳感器，與磁鐵的端面相向并檢測磁鐵的磁場，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器基于磁性傳感器的檢測輸出而檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度。磁鐵具有 包含端面的板狀部，以及相對于板狀部配置于端面的相反側(cè)并與板狀部連結(jié)的環(huán)狀部。板狀部不包含供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔，而環(huán)狀部包含供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，磁鐵的包含旋轉(zhuǎn)軸的任意剖面的形狀可以是相對旋轉(zhuǎn)軸而言線對稱的形狀。在此情況下，可以是，板狀部具有圓板形狀，環(huán)狀部的與旋轉(zhuǎn)軸垂直的任意剖面中的環(huán)狀部的外周及內(nèi)周都是圓形。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，也可以是，在位于從端面離開與磁鐵的端面和磁性傳感器之間的距離相等的距離的位置，且平行于端面的假想平面上，在與旋轉(zhuǎn)軸相交的第I位置以及與該第I位置不同的第2位置，磁鐵的磁場方向互相平行。
另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，磁性傳感器也可以包含磁阻效應(yīng)元件。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，磁鐵具有包含與磁性傳感器相向的端面的板狀 部，以及相對于板狀部配置于端面的相反側(cè)并與板狀部連結(jié)的環(huán)狀部，板狀部不包含供旋 轉(zhuǎn)軸通過的空腔，但環(huán)狀部包含供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔。通過使用本發(fā)明的磁鐵，例如，在因 磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差變小的磁鐵的端面和磁性傳感器 之間的距離(以下稱為最佳距離)大致相等的條件下進(jìn)行比較時，與使用圓柱形狀的磁鐵 的情況相比，能夠增大因磁鐵而發(fā)生并施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度。另外，通過使用本 發(fā)明的磁鐵，例如，在最佳距離的上述磁場的強(qiáng)度大致相等的條件下進(jìn)行比較時，與使用圓 柱形狀的磁鐵的情況相比，能夠增大最佳距離。因此，依據(jù)本發(fā)明，能増大因磁鐵而發(fā)生并 施加于磁性傳感器的磁場的強(qiáng)度，而不使磁鐵和磁性傳感器之間的距離變得過小，且減小 因磁鐵和磁性傳感器的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差。本發(fā)明的其他的目的、特征以及益處，通過以下的說明將會更加清晰。


圖I是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是分解示出圖I所示的磁鐵的立體圖。圖3是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。圖4是示出圖3所示的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的磁鐵和磁性傳感器的平面圖。圖5是圖3所示的磁鐵的仰視圖。圖6是圖3所示的磁鐵的側(cè)面圖。圖7是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的方向和角度的定義的說明圖。圖8是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。圖9是示出圖8所示的磁性傳感器的I個MR元件的一部分的立體圖。圖10是示出通過第I模擬求出的磁鐵周邊的磁場分布的說明圖。圖11是示出圖10所示的假想平面PLl的磁場分布的說明圖。圖12是示出圖10所示的假想平面PL2的磁場分布的說明圖。圖13是示出圖10所示的假想的直線L上的離磁鐵的端面的距離和角度誤差的關(guān) 系的特性圖。圖14是示出通過第2模擬求出的磁鐵的厚度和最佳距離的關(guān)系的特性圖。圖15是示出通過第3模擬求出的磁鐵和磁性傳感器之間的距離與角度誤差的關(guān) 系的特性圖。圖16是示出通過第3模擬求出的磁鐵和磁性傳感器之間的距離與施加于磁性傳 感器的磁場的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。圖17是示出通過第4模擬求出的磁鐵的環(huán)狀部分厚度比率與最佳距離以及最佳 距離上的磁場的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。圖18是示出通過第5模擬求出的磁鐵的形狀與最佳距離以及最佳距離上的磁場 的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。圖19是通過第6模擬求出的磁鐵和磁性傳感器之間的距離與施加于磁性傳感器 的磁場的強(qiáng)度以及角度誤差的關(guān)系的特性圖。
圖20
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是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第I變形例的平面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第2變形例的平面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第3變形例的剖面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第4變形例的剖面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第5變形例的剖面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第6變形例的剖面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第7變形例的剖面圖。 是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的磁鐵的第8變形例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，參照圖I至圖7對本發(fā)明的一個實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的概略結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖I是示出本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是分解示出圖I所示的磁鐵的立體圖。圖3是示出本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。圖4是示出圖3所示的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的磁鐵和磁性傳感器的平面圖。圖5是圖3所示的磁鐵的仰視圖。圖6是圖3所示的磁鐵的側(cè)面圖。圖7是示出本實(shí)施方式中的方向和角度的定義的說明圖。如圖I及圖3所示，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器I具備磁鐵2，基板8 (參照圖 3)，以及搭載于基板8的磁性傳感器5。磁鐵2通過固定用夾具7固定于以旋轉(zhuǎn)軸C為中心旋轉(zhuǎn)的軸6的軸向的一端部。磁鐵2與軸6的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動，以旋轉(zhuǎn)軸C為中心旋轉(zhuǎn)。磁鐵2具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸C的端面2a并具有與旋轉(zhuǎn)軸C垂直的方向的磁化。磁鐵2具有包含端面2a的板狀部3，以及相對于板狀部3配置于端面2a的相反側(cè)并與板狀部3連結(jié)的環(huán)狀部4。板狀部3不包含供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔，但環(huán)狀部4包含供旋轉(zhuǎn)軸C 通過的空腔4a。板狀部3具有以包含旋轉(zhuǎn)軸C的假想平面為中心對稱地配置的N極和S極。磁鐵 2的磁化方向是從板狀部3的S極朝向N極的方向，是垂直于S極和N極的邊界的方向。在圖I中，符號M所不的箭頭表不磁鐵2的磁化的方向。板狀部3和環(huán)狀部4具有與磁鐵2 的磁化方向相同的方向的磁化。在圖4中，描繪于板狀部3的箭頭表示板狀部3的磁化的方向。在圖5中，描繪于環(huán)狀部4的箭頭表示環(huán)狀部4的磁化的方向。磁鐵2基于自身具有的磁化而發(fā)生磁場。在圖I中，符號H所示的箭頭表示在端面2a附近且在旋轉(zhuǎn)軸C上的位置的磁鐵2的磁場方向?；?具有與磁鐵2的端面2a相向的面，該面固定有磁性傳感器5。磁性傳感器 5與磁鐵2的端面2a相向,檢測磁鐵2的磁場。旋轉(zhuǎn)角度傳感器I基于磁性傳感器5的檢測輸出而檢測磁鐵2的旋轉(zhuǎn)角度。磁鐵2中的包含旋轉(zhuǎn)軸C的任意剖面的形狀是相對旋轉(zhuǎn)軸C線對稱的形狀。圖I 至圖7示出磁鐵2的形狀的一個例子。在該例子中，板狀部3具有圓板形狀，垂直于旋轉(zhuǎn)軸 C的環(huán)狀部4的任意剖面中的環(huán)狀部4的外周及內(nèi)周，都是以旋轉(zhuǎn)軸C為中心的圓形。這里，如圖5及圖6所示，以記號dl表示磁鐵2的直徑，以記號d2表示環(huán)狀部4的內(nèi)徑、即空腔4a的直徑。板狀部3的直徑和環(huán)狀部4的直徑與磁鐵2的直徑dl相等。另外，如圖6所示，磁鐵2、板狀部3以及環(huán)狀部4的厚度(與旋轉(zhuǎn)軸C平行的方向的尺寸)分別用記號t2、t3、t4表示。接著，參照圖7對本實(shí)施方式中的方向和角度的定義進(jìn)行說明。首先，將與圖I所示的旋轉(zhuǎn)軸C平行且從磁鐵2的端面2a朝向磁性傳感器5的方向定義為Z方向。然后，在垂直于Z方向的假想平面上,將相互正交的兩個方向定義為X方向和Y方向。在圖7中,將 X方向表不為朝向右側(cè)的方向，將Y方向表不為朝向上側(cè)的方向。另外，定義與X方向相反的方向?yàn)?X方向，定義與Y方向相反的方向?yàn)?Y方向。另外，為了表示磁鐵2的旋轉(zhuǎn)角度，定義空間的基準(zhǔn)方向DR和與磁鐵2 —起旋轉(zhuǎn)的磁鐵基準(zhǔn)方向DM。設(shè)基準(zhǔn)方向DR為例如Y相向。磁鐵基準(zhǔn)方向DM例如設(shè)為與磁鐵2的磁化的方向相反的方向。而且，將磁鐵基準(zhǔn)方向DM相對基準(zhǔn)方向DR所成的角度定義為磁鐵2的旋轉(zhuǎn)角度Θ。設(shè)磁鐵2以及磁鐵基準(zhǔn)方向DM在圖7中沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。角度Θ 在從基準(zhǔn)方向DR沿逆時針方向看時用正值表示，在從基準(zhǔn)方向DR沿順時針方向看時用負(fù)值表示。這里，考慮在位于從端面2a離開與磁鐵2的端面2a和磁性傳感器5之間的距離相等的距離的位置平行于端面2a的假想平面。以下，稱該假想平面為傳感器配置面。磁性傳感器5實(shí)質(zhì)上在傳感器配置面中檢測磁鐵2的磁場。用記號Htl表示在傳感器配置面上與旋轉(zhuǎn)軸C相交的位置檢測的磁鐵2的磁場。磁場Htl的方向與磁鐵2的磁化方向平行,與磁鐵基準(zhǔn)方向DM—致。因此，磁場H。的方向相對于基準(zhǔn)方向DR所成的角度與角度Θ —致。另外，用記號Hs表不傳感器配置面上的磁鐵2的磁場中施加于磁性傳感器5的磁場。磁性傳感器5檢測該磁場Hs。旋轉(zhuǎn)角度傳感器I基于磁性傳感器5的檢測輸出來檢測磁鐵2的旋轉(zhuǎn)角度Θ。實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)角度傳感器I基于磁性傳感器5的檢測輸出，將磁場 Hs的方向相對于基準(zhǔn)方向DR所成的角度(以下稱為檢測角度)93作為與旋轉(zhuǎn)角度Θ對應(yīng)的角度而檢測。檢測角度Θ s的正負(fù)的定義與角度Θ相同。理想的是檢測角度0S和旋轉(zhuǎn)角度9 一致。將旋轉(zhuǎn)軸C通過磁性傳感器5的中心的磁性傳感器5的位置，設(shè)為傳感器5的期望的位置。在磁性傳感器5配置于期望的位置的情況下，由于磁場Hs和Htl相等，所以檢測角度Qs和旋轉(zhuǎn)角度Θ相等。然而，在傳感器配置面上磁性傳感器5配置于從期望的位置偏離的位置的情況下，存在磁場Hs的方向和磁場Htl的方向不同的情況。圖7示出了該情況下的例子。在此情況下，檢測角度9S和旋轉(zhuǎn)角度θ不一致。檢測角度es和旋轉(zhuǎn)角度θ 的差稱為角度誤差，并用符號(1Θ表示。在圖7所示的例子中，角度誤差(1Θ與磁場Hs的方向相對于磁場Htl的方向所成的角度相等。角度誤差d Θ的正負(fù)的定義與角度Θ相同。接著，參照圖8對旋轉(zhuǎn)角度傳感器I的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖8是示出旋轉(zhuǎn)角度傳感器I的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。磁性傳感器5具有第I及第2檢測電路11、12。基板8具有差分檢測器13、14和運(yùn)算電路15。運(yùn)算電路15例如能夠用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。第I檢測電路11檢測磁場Hs的一個方向分量的強(qiáng)度,并輸出表不該強(qiáng)度的信號。 第2檢測電路12檢測磁場Hs的另一個方向分量的強(qiáng)度，并輸出表示該強(qiáng)度的信號。第I及第2檢測電路11、12至少包含I個磁檢測元件。第I及第2檢測電路11、12可以分別包含串聯(lián)連接的一對磁檢測元件作為至少一個磁檢測元件。在該情況下，第I及第2檢測電路11、12也可分別具有包含串聯(lián)連接的第 I對磁檢測元件和串聯(lián)連接的第2對磁檢測元件的惠斯登(Wheatstone)電橋電路。以下，對第I及第2檢測電路11、12分別具有上述惠斯登電橋電路時的例子進(jìn)行說明。第I檢測電路11具有惠斯登電橋電路16?；菟沟请姌螂娐?6包含電源端口 VI、 接地端口 G1、兩個輸出端口 E11、E12、串聯(lián)連接的第I對磁檢測元件R11、R12以及串聯(lián)連接的第2對磁檢測元件R13、R14。磁檢測元件R11、R13各自的一端與電源端口 Vl連接。磁檢測元件Rll的另一端與磁檢測元件R12的一端和輸出端口 Ell連接。磁檢測元件R13的另一端與磁檢測元件R14的一端和輸出端口 E12連接。磁檢測元件R12、R14各自的另一端與接地端口 Gl連接。向電源端口 Vl施加既定大小的電源電壓。接地端口 Gl與地(ground) 連接。第2檢測電路12具有惠斯登電橋電路17。惠斯登電橋電路17包含電源端口 V2、 接地端口 G2、兩個輸出端口 E21、E22、串聯(lián)連接的第I對磁檢測元件R21、R22以及串聯(lián)連接的第2對磁檢測元件R23、R24。磁檢測元件R21、R23各自的一端與電源端口 V2連接。磁檢測元件R21的另一端與磁檢測元件R22的一端和輸出端口 E21連接。磁檢測元件R23的另一端與磁檢測元件R24的一端和輸出端口 E22連接。磁檢測元件R22、R24各自的另一端與接地端口 G2連接。向電源端口 V2施加既定大小的電源電壓。接地端口 G2與地連接。在本實(shí)施方式中，作為包含于惠斯登電橋電路(以下記為電橋電路)16、17的全部的磁檢測元件，使用MR(磁阻效應(yīng))元件，特別是TMR(隧道磁阻效應(yīng))元件。此外，也可代替TMR元件而使用GMR(巨磁阻效應(yīng))元件。TMR元件或GMR元件具有磁化方向被固定的磁化固定層，磁化方向隨著施加的磁場方向而變化的自由層，以及配置于磁化固定層和自由層之間的非磁性層。在TMR元件中，非磁性層是隧道結(jié)(tunnel barrier)層。在GMR 元件中，非磁性層是非磁性導(dǎo)電層。在TMR元件或GMR元件中，電阻值隨著自由層的磁化方向相對磁化固定層的磁化方向所成的角度而變化，該角度為0°時電阻值為最小值，角度為 180°時電阻值為最大值。在以下的說明中，記包含于電橋電路16、17的磁檢測元件為MR 元件。在圖8中，填涂的箭頭表示MR元件的磁化固定層的磁化方向，留白的箭頭表示MR元件的自由層的磁化方向。在第I檢測電路11中，MR元件Rl I、R14的磁化固定層的磁化方向?yàn)?X方向，MR 元件R12、R13的磁化固定層的磁化的方向是X方向。在此情況下，輸出端口 E11、E12的電位差隨著磁場Hs的-X方向分量的強(qiáng)度而變化。因此，第I檢測電路11檢測磁場Hs的-X 方向分量的強(qiáng)度并輸出表不該強(qiáng)度的信號。具體而言，輸出端口 Ell、E12的電位差是第I 檢測電路11的輸出信號。圖7所不的角度0 8是0°時和180°時,磁場Hs的-X方向分量的強(qiáng)度是O。角度0S比0°大且比180°小時，磁場Hs的-X方向分量的強(qiáng)度是正值。角度Θ s比180°大且比360°度小時，磁場Hs的-X方向分量的強(qiáng)度是負(fù)值。在第2檢測電路12中，MR元件R21、R24的磁化固定層的磁化方向?yàn)閅方向，MR元件R22、R23的磁化固定層的磁化方向是-Y方向。在此情況下，輸出端口 E21、E22的電位差隨著磁場Hs的Y方向分量的強(qiáng)度而變化。因此，第2檢測電路12檢測磁場Hs的Y方向分量的強(qiáng)度并輸出表示該強(qiáng)度的信號。具體而言，輸出端口 E21、E22的電位差是第2檢測電路12的輸出信號。圖7所示的角度0S是90°時和270°時，磁場Hs的Y方向分量的強(qiáng)度是O。角度08為0°以上且不足90°時，以及比270°大且在360°以下時，磁場Hs的 Y方向分量的強(qiáng)度是正值。角度0S比90°大且比270°度小時，磁場Hs的Y方向分量的強(qiáng)度是負(fù)值。
差分檢測器13將對應(yīng)于輸出端口 Ell、E12的電位差的信號作為第I信號SI輸出到運(yùn)算電路15。差分檢測器14將對應(yīng)于輸出端口 E21、E22的電位差的信號作為第2信號S2輸出到運(yùn)算電路15。第I信號SI和第2信號S2以互為相等的信號周期T周期性變化。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選第2信號S2的相位相對第I信號SI的相位相差信號周期T的 1/4的奇數(shù)倍。但是，從磁檢測元件的制作精度等方面來看，第I信號SI和第2信號S2的相位差也可從信號周期T的1/4的奇數(shù)倍稍微偏離。在以下的說明中，設(shè)第I信號SI和第 2信號S2的相位的關(guān)系是上述的優(yōu)選的關(guān)系。在圖8所示的例子中，第2檢測電路12的MR元件的磁化固定層的磁化方向與第 I檢測電路11的MR元件的磁化固定層的磁化方向正交。理想的是，第I信號SI的波形是正弦(Sine)波形，第2信號S2的波形是余弦(Cosine)波形。在此情況下，第2信號S2的相位相對第I信號SI的相位相差信號周期T的1/4即π /2 (90° )。運(yùn)算電路15基于第I 信號SI及第2信號S2算出檢測角度θ8。具體而言，例如，運(yùn)算電路15通過下述的式(I) 算出0S。此外，“atan”表示反正切。Θ s = atan (S1/S2) …(I)式(I)中的atan(Sl/S2)表示求出Θ s的反正切計(jì)算。此外，在360°的范圍內(nèi)， 式(I)中的Θ s的解有相差180°的兩個值。然而，能夠通過SI和S2的正負(fù)的組合來判斷 Θ s的真正的值是式(I)中的Θ s的兩個解的哪一個。S卩，SI是正值時，Θ s比0°大且比 180°小。SI是負(fù)值時，0S比180°大且比360°小。S2是正值時，08在0°以上且不足 90°以及比270°大且360°以下的范圍內(nèi)。S2是負(fù)值時，Θ s比90°大且比270°小。運(yùn)算電路15通過式(I)和上述的SI、S2的正負(fù)組合的判定，在360°的范圍內(nèi)求出Θ s。此外,不限于第2信號S2的相位相對于第I信號SI的相位相差信號周期T的1/4 的情況，只要第2信號S2的相位相對于第I信號SI的相位相差信號周期T的1/4的奇數(shù)倍，就能夠求出Qs。接著,參考圖9說明MR元件的結(jié)構(gòu)的一個例子。圖9是示出圖8所示的磁性傳感器5的I個MR元件的一部分的立體圖。在該例子中，I個MR元件具有多個下部電極，多個 MR膜，以及多個上部電極。多個下部電極42配置于未圖示的基板上。各個下部電極42具有細(xì)長的形狀。沿下部電極42的長度方向鄰接的兩個下部電極42之間形成有間隙。如圖 9所示，在下部電極42的上表面上，在長度方向的兩端附近分別配置有MR膜50。MR膜50 包含從下部電極42側(cè)依次層疊的自由層51、非磁性層52、磁化固定層53以及反鐵磁性層 54。自由層51與下部電極42電連接。反鐵磁性層54由反鐵磁性材料形成，使其與磁化固定層53之間產(chǎn)生交換連接從而固定磁化固定層53的磁化方向。多個上部電極43配置于多個MR膜50上。各個上部電極43具有細(xì)長的形狀，使配置于沿下部電極42的長度方向鄰接的兩個下部電極42上并鄰接的兩個MR膜50的反鐵磁性層54彼此電連接。通過這樣的結(jié)構(gòu)，圖9所示的MR元件具有通過多個下部電極42和多個上部電極43串聯(lián)連接的多個 MR膜50。此外，MR膜50中的層51 54的配置，也可以與圖9所示的配置上下相反。接著，對旋轉(zhuǎn)角度傳感器I的作用及效果進(jìn)行說明。旋轉(zhuǎn)角度傳感器I基于磁性傳感器5的檢測輸出，檢測出檢測角度Θ s作為與磁鐵2的旋轉(zhuǎn)角度Θ對應(yīng)的角度。如前所述，在磁性傳感器5配置于期望的位置的情況下,施加于磁性傳感器5的磁場Hs和磁場Htl 相等，因而檢測角度Θs和旋轉(zhuǎn)角度Θ相等。然而，在因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起在傳感器配置面上磁性傳感器5配置于從期望的位置偏離的位置的情況下， 有可能發(fā)生磁場Hs的方向和磁場Htl的方向不同的情況。在該情況下,檢測角度Θ s與旋轉(zhuǎn)角度Θ不一致，從而發(fā)生角度誤差d0。在旋轉(zhuǎn)角度傳感器I中，尋求即使在產(chǎn)生有磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離的情況下角度誤差d0也較小。旋轉(zhuǎn)角度傳感器I也尋求因磁鐵2而發(fā)生并施加于磁性傳感器5的磁場的強(qiáng)度較大。這是為了在施加于磁性傳感器5的磁場之中，使磁鐵2發(fā)生的磁場以外的磁場的影響相對較小。在旋轉(zhuǎn)角度傳感器I中，進(jìn)一步尋求使磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離不過小，以免磁性傳感器5與磁鐵2接觸而破損。根據(jù)本實(shí)施方式， 通過使用具有板狀部3和環(huán)狀部4的磁鐵2，能增大因磁鐵2而發(fā)生并施加于磁性傳感器5 的磁場的強(qiáng)度，而不使磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離變得過小，且減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d0。以下，參照多次模擬的結(jié)果對該效果進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，對研究磁鐵周邊的磁場分布的第I模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。在第I模擬中，使用有限元法(FEM)求出磁鐵2的周邊磁場分布。圖10是示出通過第I模擬求出的磁鐵2 的周邊磁場分布的說明圖。圖11是示出圖10所示的假想平面PLl的磁場分布的說明圖。 圖12是示出圖10所示的假想平面PL2的磁場分布的說明圖。圖10表示圖11和圖12的 10-10線的位置的剖面。在圖11及圖12中，實(shí)線框內(nèi)的箭頭，表示磁場的方向。另外，在圖10至圖12中， 記號“R+”所示的區(qū)域表示角度誤差(1Θ為正值的區(qū)域，記號“R-”所示的區(qū)域表示角度誤差d0為負(fù)值的區(qū)域。另外，記號“R0”所示的區(qū)域表示角度誤差d0實(shí)質(zhì)為O的區(qū)域，即磁場Hs的方向相對于磁場Htl的方向所成的角度實(shí)質(zhì)為O的區(qū)域(以下稱為平行磁場區(qū)域)。所述的“角度誤差d Θ實(shí)質(zhì)為O”以及“磁場Hs的方向相對于磁場Htl的方向所成的角度實(shí)質(zhì)為0”，除了角度誤差(1Θ (磁場HX的方向相對于磁場Htl的方向所成的角度)為 O的情況外，還包含處于旋轉(zhuǎn)角度傳感器I的容許范圍內(nèi)的情況。此外，在圖10至圖12中， 為了方便，以線表示鄰接的區(qū)域的邊界。然而，實(shí)際上，角度誤差d0并不是以該線為界不連續(xù)地變化，而是在線的附近，角度誤差d Θ對于位置的變化連續(xù)卻急劇地變化。從圖10至圖12可知，在磁鐵2的端面2a附近存在平行磁場區(qū)域R0，以及與端面 2a平行的假想平面上的平行磁場區(qū)域RO的面積隨著端面2a和假想平面之間的距離而變化。假想平面PL1、PL2都是與端面2a平行的假想平面，是離端面2a的距離互不相同的平面。假想平面PLl是在改變離端面2a的距離而得的多個假想平面之中，平行磁場區(qū)域RO 的面積最大或者接近最大的平面。假想平面PL2上的平行磁場區(qū)域RO的面積比假想平面 PLl上的平行磁場區(qū)域RO的面積小。在本實(shí)施方式中，將假想平面PLl和端面2a之間的距離稱為最佳距離。這里，參照圖13對最佳距離的決定方法，即假想平面PLl的位置的決定方法進(jìn)行說明。首先，如圖 10所示，假定與旋轉(zhuǎn)軸C平行的假想直線L。將旋轉(zhuǎn)軸C和直線L之間的距離設(shè)為例如假定的磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離量的最大值程度，設(shè)在磁鐵2的直徑dl的 O 10%的范圍內(nèi)。在圖10所示的例子中，磁鐵2的直徑dl是15mm，旋轉(zhuǎn)軸C和直線L之間的距離為O. 3mm，這是直徑dl的2%。在圖10及圖11中，點(diǎn)Pl表示在假想平面PLl上與旋轉(zhuǎn)軸C相交的位置，點(diǎn)P2表示在假想平面PLl上與直線L相交的位置。另外，在圖10及圖12中，點(diǎn)Pll表示在假想平面PL2上與旋轉(zhuǎn)軸C相交的位置，點(diǎn)P12表示在假想平面 PL2上與直線L相交的位置。在最佳距離的決定方法中，接著，求出直線L上的離端面2a的距離 < 和角度誤差 d9的關(guān)系。此外，角度誤差d0設(shè)為通過模擬而得的直線L上的點(diǎn)的磁場的方向相對于磁場Htl的方向所成的角度。圖13示出距離4和角度誤差d0的關(guān)系。圖13示出距離4和角度誤差d Θ的關(guān)系。在圖13中，橫軸表示角度誤差d Θ，縱軸表示距離4。圖13的縱軸左側(cè)的區(qū)域表示角度誤差(1Θ為正值的區(qū)域，縱軸右側(cè)的區(qū)域表示角度誤差d0為負(fù)值的區(qū)域。在圖13所示的例子中，隨著距離4變大，角度誤差d0從正值變?yōu)樨?fù)值。接著,從圖13所示的關(guān)系求出角度誤差d0變?yōu)镺的距離4，并將其設(shè)為最佳距離CU。此外，根據(jù)假想直線L的位置，也存在與圖13相反，角度誤差d Θ隨著距離4變大而從負(fù)值變?yōu)檎档那闆r。然而，即使在該情況下，也能夠求出角度誤差d0變?yōu)镺的距離4并將其設(shè)為最佳距離CU。為了減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差(1Θ，優(yōu)選將磁性傳感器5配置于假想平面PLl上。以下對此進(jìn)行說明。在圖11中，標(biāo)記了符號5a 的虛線所示的框，表示在假想平面PLl上以位置Pl和磁性傳感器5的中心一致的方式配置的磁性傳感器5。標(biāo)記了符號5a的虛線所示的框，是指假想平面PLl上的磁性傳感器5的期望位置。另外，在圖11中，標(biāo)記了符號5b的虛線所示的框，表示在假想平面PLl上以位置P2和磁性傳感器5的中心一致的方式配置的、即配置在從期望的位置偏離的位置的磁性傳感器5。在圖12中，標(biāo)記了符號5c的虛線所示的框，表示在假想平面PL2上以位置Pll 和磁性傳感器5的中心一致的方式配置的磁性傳感器5。標(biāo)記了符號5c的虛線所示的框是指假想平面PL2上的磁性傳感器5的期望的位置。另外，在圖12中，標(biāo)記了符號5d的虛線所示的框，表示在假想平面PL2上以位置P12和磁性傳感器5的中心一致的方式配置的、即配置于從期望的位置偏離的位置的磁性傳感器5。如圖11所示，在假想平面PLl上，平行磁場區(qū)域RO寬廣，符號5a所示的框(磁性傳感器5)和符號5b所示的框(磁性傳感器5)都包含于平行磁場區(qū)域R0。因此，在將磁性傳感器5配置于假想平面PLl上的情況下，將磁性傳感器5配置于符號5a所示的期望的位置，或配置在符號5b所示的偏離的位置，角度誤差d Θ都為O。與此相對，如圖12所示，在假想平面PL2上，平行磁場區(qū)域RO狹窄，雖然符號5c所不的框(磁性傳感器5)大致包含于平行磁場區(qū)域R0,但符號5d所不的框(磁性傳感器5) 內(nèi)的較大的區(qū)域沒有被包含于平行磁場區(qū)域R0。在將磁性傳感器5配置于假想平面PL2上的情況下，若磁性傳感器5配置于符號5c所示的期望的位置，則角度誤差d0為O。然而， 當(dāng)磁性傳感器5配置在符號5d所示的偏離的位置時，角度誤差d Θ為絕對值較大的值。從以上的說明可了解到，通過將磁性傳感器5配置于假想平面PLl上，能減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ。因此，優(yōu)選將磁性傳感器5 配置于假想平面PLl上。在假想平面PLl上，在與旋轉(zhuǎn)軸C相交的位置Pl和與位置Pl不同的位置P2，磁鐵2的磁場方向互相平行。因此，假想平面PLl與本發(fā)明中的“在位于從端面離開與磁鐵的端面和磁性傳感器之間的距離相等的距離的位置與端面平行的假想平面” 對應(yīng)，位置Pl對應(yīng)于本發(fā)明中的第I位置，位置P2對應(yīng)于本發(fā)明中的第2位置。此外，不限于本實(shí)施方式的磁鐵2，在之后作為比較例的磁鐵而列舉的圓柱形狀的磁鐵、環(huán)狀的磁鐵的端面附近，也存在區(qū)域RO、R+、R-。但是，區(qū)域RO、R+、R-的分布隨磁鐵的形狀而變化。前述的磁場Htl、磁場Hs、角度誤差d Θ及最佳距離Clui,也用于比較例的磁鐵。接著，使用第I比較例的磁鐵對研究磁鐵的厚度和最佳距離Clui的關(guān)系的第2模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。第I比較例的磁鐵是具有和磁鐵2的板狀部3相同的形狀的圓柱形狀的 NbFeB接合(木才-7' > K )磁鐵。在第2模擬中，改變第I比較例的磁鐵的直徑和厚度， 求出最佳距離第2模擬的其他條件和第I模擬相同。圖14是示出通過第2模擬求出的第I比較例的磁鐵的厚度和最佳距離Clui的關(guān)系的特性圖。在圖14中，以符號d5表示第I比較例的磁鐵的直徑，以符號t5表示第I比較例的磁鐵的厚度。在圖14中，橫軸表示厚度t5，縱軸表示最佳距離CU。從圖14可知，最佳距離Clui隨著厚度t5變大而變小。另外,可知最佳距離Clui隨著直徑d5變小而變小。接著，關(guān)于作為本實(shí)施方式中的磁鐵2的一個例子的實(shí)施例的磁鐵2和第2至第 4比較例的磁鐵,對研究磁鐵和磁性傳感器5之間的距離和施加于磁性傳感器5的磁場Hs 的強(qiáng)度的關(guān)系的第3模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。在第3模擬中，使用NbFeB接合磁鐵作為各磁鐵。實(shí)施例的磁鐵2的形狀如下。直徑dl為15mm、空腔4a的直徑(環(huán)狀部4的內(nèi)徑)d2 為4mm。另外,磁鐵2的厚度t2、板狀部3的厚度t3、環(huán)狀部4的厚度t4分別為6mm、3mm、 3mm ο第2及第3比較例的磁鐵是具有和磁鐵2的板狀部3相同的形狀的圓柱形狀的 NbFeB接合磁鐵。第4比較例的磁鐵是具有和磁鐵2的環(huán)狀部4相同的形狀的NbFeB接合磁鐵。第2至第4比較例的磁鐵的直徑都是15mm。第4比較例的磁鐵的空腔的直徑(磁鐵的內(nèi)徑)為4mm。第2比較例的磁鐵的厚度為3mm。第3及第4比較例的磁鐵的厚度都是 6mm ο在第3模擬中，對各磁鐵改變磁鐵的端面和磁性傳感器5之間的距離de，并求出施加于磁性傳感器5的磁場Hs的強(qiáng)度和角度誤差d Θ。此外，磁場Hs的強(qiáng)度設(shè)為從磁鐵端面離開距離de的旋轉(zhuǎn)軸C上的位置的磁場Htl的強(qiáng)度。另外，角度誤差(1Θ設(shè)為在位于從磁鐵的端面離開距離de的位置，且平行于端面的假想平面上，假想的直線L上的磁場方向相對磁場H0的方向所成的角度。第3模擬的其他的條件與第I模擬相同。圖15是示出通過第3模擬求出的距離de和角度誤差(1Θ的關(guān)系的特性圖。圖16 是示出通過第3模擬求出的距離de和施加于磁性傳感器5的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。在圖15中，橫軸表示距離de，縱軸表示角度誤差d0，在圖16中，橫軸表示距離de，縱軸表示磁場Hs的強(qiáng)度。磁場Hs的強(qiáng)度的單位是Oe (IOe = 79. 6A/m)。在圖15中，角度誤差d Θ成為O的距離de是最佳距離屯。最佳距離Clui在實(shí)施例的磁鐵2中約為2. 5mm，在第2比較例的磁鐵中約為2. 3mm，在第3比較例的磁鐵中約為 I. 5mm,在第4比較例的磁鐵中約為5. 1mm。比較實(shí)施例的磁鐵2和第2比較例的磁鐵，可得到以下的結(jié)論。如圖15所示，在實(shí)施例的磁鐵2和第2比較例的磁鐵中最佳距離Clui大致相等。然而，如圖16所示，在最佳距離Clui的Hs的強(qiáng)度，與第2比較例的磁鐵相比，實(shí)施例的磁鐵2 —方較大。最佳距離Clui 是因磁鐵和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ變小的磁鐵的端面和磁性傳感器5之間的距離。由此可知，以因磁鐵和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差(1Θ變小的磁鐵的端面和磁性傳感器5之間的距離(最佳距離CU)大致相等的條件比較時，通過使用本實(shí)施方式的磁鐵2，與使用圓柱形狀的磁鐵(第2比較例的磁鐵)的情況相比，能夠使磁場Hs的強(qiáng)度變大。比較第2比較例的磁鐵和第3比較例的磁鐵，可知在使用圓柱形狀的磁鐵的情況下，增大磁鐵的厚度時，雖然最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度變大，但最佳距離Clui變小。因此，在使用圓柱形狀的磁鐵的情況下，通過改變磁鐵的厚度，增大最佳距離Clui的磁場強(qiáng)度， 且減小因磁鐵和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ時，磁鐵和磁性傳感器5之間的距離變得過小。另外，比較第3比較例的磁鐵和第4比較例的磁鐵,可知通過使用環(huán)狀的磁鐵(第 4比較例的磁鐵)能夠增大最佳距離然而，在使用環(huán)狀的磁鐵(第4比較例的磁鐵) 的情況下，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度變得非常小。從以上的考察可知，通過使用本實(shí)施方式的磁鐵2，能增大因磁鐵2而發(fā)生并施加于磁性傳感器5的磁場的強(qiáng)度，而不使磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離變得過小，且減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ。在使用圓柱形狀的磁鐵或環(huán)狀的磁鐵的情況下不能夠得到該效果。接著，關(guān)于實(shí)施例的磁鐵2，對研究最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的第4模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。第4模擬的實(shí)施例的磁鐵2的形狀如下。直徑dl為 15mm、空腔4a的直徑(環(huán)狀部4的內(nèi)徑)d2為4臟。另外，磁鐵2的厚度t2為3mm。在第 4模擬中，使環(huán)狀部4的厚度t4對磁鐵2的厚度t2的比率(以下稱為環(huán)狀部分厚度比率) t4/t2在O 100%的范圍內(nèi)變化，求出最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度。第 4模擬的其他的條件與第3模擬相同。此外，環(huán)狀部分厚度比率為0%的磁鐵是圓柱形狀的磁鐵，環(huán)狀部分厚度比率是100%的磁鐵是環(huán)狀的磁鐵。環(huán)狀部分厚度比率為0%的磁鐵2 和100%的磁鐵2，雖不是本實(shí)施方式的磁鐵2，但為了方便，也包括在實(shí)施例的磁鐵2內(nèi)。圖17是示出通過第4模擬求出的磁鐵2的環(huán)狀部分厚度比率t4/t2和最佳距離 dL0以及最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。在圖17中，橫軸表示環(huán)狀部分厚度比率t4/t2，左側(cè)的縱軸表示在最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度，右側(cè)的縱軸表示最佳距離屯。從圖17可知，最佳距離Clui作為環(huán)狀部分厚度比率t4/t2的一次函數(shù)，隨環(huán)狀部分厚度比率t4/t2的增加而增加。另外，從圖17可知，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度作為環(huán)狀部分厚度比率t4/t2的一次函數(shù)，隨環(huán)狀部分厚度比率t4/t2的增加而減少。由這些結(jié)論可知，依據(jù)本實(shí)施方式，通過調(diào)整環(huán)狀部分厚度比率，能調(diào)整最佳距離CU和磁場Hs的強(qiáng)度。此外，參照圖15及圖16，比較第3模擬的第2比較例的磁鐵和第3比較例的磁鐵可知，在使用圓柱形狀的磁鐵的情況下，通過使磁鐵的厚度變小來增大最佳距離Clui時，與使用本實(shí)施方式的磁鐵2的情況相比，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度變得過小。如前所述，本實(shí)施方式的磁鐵2不包含環(huán)狀部分厚度比率為O %的磁鐵和環(huán)狀部分厚度比率為100%的磁鐵。如圖17所示，在本實(shí)施方式中，若環(huán)狀部分厚度比率比0% 大、比100%小，則關(guān)于最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度，具有與環(huán)狀部分厚度比率為0%或100%的磁鐵不同的特性。因此，本實(shí)施方式的磁鐵2的環(huán)狀部分厚度比率只要比0%大、比100%小即可。但是，為了明確地區(qū)別本實(shí)施方式的磁鐵2和環(huán)狀部分厚度比率為0%或100%的磁鐵、即圓柱形狀或環(huán)狀的磁鐵，優(yōu)選本實(shí)施方式的磁鐵2的環(huán)狀部分厚度比率在5 95%的范圍內(nèi)。
接著，關(guān)于實(shí)施例的磁鐵2和第5至第7比較例的磁鐵，對研究磁鐵的形狀和最佳距離屯以及最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的第5模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。第5模擬的實(shí)施例的磁鐵2的形狀如下。直徑dl為15mm。另外，磁鐵2的厚度t2、板狀部3的厚度 t3、環(huán)狀部4的厚度t4分別為3mm、I. 5mm、I. 5mm。第5至第7比較例的磁鐵是具有和磁鐵 2的板狀部3相同形狀的圓柱形狀的磁鐵,其直徑分別為10mm、15mm、20mm。在第5模擬中，使空腔4a的直徑(環(huán)狀部4的內(nèi)徑)d2對于磁鐵2的直徑dl的比率(以下稱為空腔部分內(nèi)徑比率)在O 100%的范圍內(nèi)變化，求出最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度。另外，在第5模擬中，使第5至第7比較例的磁鐵的厚度變化， 對第5至第7比較例的磁鐵，求出最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度。第5模擬的其他的條件與第3模擬相同。圖18是示出通過第5模擬求出的磁鐵的形狀和最佳距離Clui以及最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的特性圖。在圖18中，橫軸表示最佳距離Clui，縱軸表示最佳距離Clui 的磁場Hs的強(qiáng)度。圖18中的各點(diǎn)附近所標(biāo)記的數(shù)字，表示磁鐵的厚度(單位為_)。另外， 符號61表示空腔部分內(nèi)徑比率為O %的點(diǎn)，符號62表示空腔部分內(nèi)徑比率為50 %的點(diǎn)，符號63表示空腔部分內(nèi)徑比率為100%的點(diǎn)?？涨徊糠謨?nèi)徑比率為0%的點(diǎn)和50%的點(diǎn)之間的4個點(diǎn)，按照接近O %的點(diǎn)的順序，是空腔部分內(nèi)徑比率為10 %、20 %、30 %、40 %的點(diǎn)。 另外，空腔部分內(nèi)徑比率為50%的點(diǎn)和100%的點(diǎn)之間的4個點(diǎn)，按照接近50%的點(diǎn)的順序，是空腔部分內(nèi)徑比率為60%、70%、80%、90%的點(diǎn)。另外，在圖18中，多個虛曲線分別表示在圓柱形狀的磁鐵中使厚度固定而改變直徑的情況下的特性。特別是，標(biāo)記了符號64 的虛曲線，表示在厚度為3_的圓柱形狀的磁鐵中改變直徑的情況下的特性。另外，標(biāo)記了符號65的虛曲線，表示在厚度為I. 5mm的圓柱形狀的磁鐵中改變直徑的情況下的特性。此外，空腔部分內(nèi)徑比率為0%的磁鐵2是厚度為3mm的圓柱形狀的磁鐵，這與厚度為3mm的第6比較例的磁鐵相同。另外，空腔部分內(nèi)徑比率為100%的磁鐵2是厚度為 I. 5mm的圓柱形狀的磁鐵，這與厚度為I. 5mm的第6比較例的磁鐵相同?？涨徊糠謨?nèi)徑比率為O %的磁鐵2和為100%的磁鐵2，雖不是本實(shí)施方式的磁鐵2，但為了方便，也包括在實(shí)施例的磁鐵2內(nèi)。如圖18所示，依據(jù)本實(shí)施方式，通過調(diào)整空腔部分內(nèi)徑比率能調(diào)整最佳距離Clui和磁場Hs的強(qiáng)度。以下，對從圖18所示的第5模擬的結(jié)果導(dǎo)出的本實(shí)施方式的效果進(jìn)行說明。首先，對直徑相等的實(shí)施例的磁鐵2和第6比較例的磁鐵，以最佳距離Clui相等的條件進(jìn)行比較。于是，從圖18可知，在除了空腔部分內(nèi)徑比率為0%和100%的情況以外的實(shí)施例的磁鐵2中，與第6比較例的磁鐵相比，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度較大。因此， 通過使用本實(shí)施方式的磁鐵2，以因磁鐵和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差(1Θ變小的磁鐵的端面和磁性傳感器5之間的距離(最佳距離CU)大致相等的條件比較時，與使用圓柱形狀的磁鐵(第6比較例的磁鐵)的情況相比，能夠增大磁場HX的強(qiáng)度。接著，對實(shí)施例的磁鐵2和第6比較例的磁鐵，以最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度相等的條件進(jìn)行比較。于是，從圖18可知，在除了空腔部分內(nèi)徑比率為0%和100%的情況以外的實(shí)施例的磁鐵2中，與第6比較例的磁鐵相比，最佳距離Clui變大。因此，通過使用本實(shí)施方式的磁鐵2，若以磁場Hs的強(qiáng)度大致相等的條件比較時，與使用圓柱形狀的磁鐵(第6比較例的磁鐵)的情況相比，能夠增大因磁鐵和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離引起的角度誤差d Θ變小的磁鐵的端面和磁性傳感器5之間的距離(最佳距離(Iui)。從以上結(jié)論可知，依據(jù)本實(shí)施方式，能增大磁場Hs的強(qiáng)度，而不使磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離變得過小，且減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ。如前所述，本實(shí)施方式的磁鐵2不包括空腔部分內(nèi)徑比率為0%的磁鐵和空腔部分內(nèi)徑比率為100%的磁鐵。如圖18所示，在本實(shí)施方式中，若空腔部分內(nèi)徑比率比0% 大、比100%小，則關(guān)于最佳距離Clui和最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度，與使用圓柱形狀的磁鐵的情況相比更能發(fā)揮效果。因此，本實(shí)施方式的磁鐵2的空腔部分內(nèi)徑比率只要比0% 大、比100%小即可。但是，為了明確地區(qū)別本實(shí)施方式的磁鐵2和空腔部分內(nèi)徑比率為0% 或100%的磁鐵、即圓柱形狀的磁鐵，優(yōu)選本實(shí)施方式的磁鐵2的空腔部分內(nèi)徑比率在5 95%的范圍內(nèi)。另外，在圖18中，在表示實(shí)施例的磁鐵2的特性的曲線之中，在空腔部分內(nèi)徑比率比0%大且在50%以下的范圍中，特別顯著地發(fā)揮以下效果。即，在該范圍中，與通過將第6 比較例的磁鐵的厚度從3mm減小到I. 5mm而增大最佳距離(Iui的情況相比，同時顯著地發(fā)揮能夠增大最佳距離Clui這一效果和能夠增大最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度這一效果。因此， 在期望這些顯著的效果的情況下，優(yōu)選將空腔部分內(nèi)徑比率設(shè)在比0%大且在50%以下的范圍，更優(yōu)選設(shè)在5% 50%的范圍內(nèi)。另外，在圖18中，在表示實(shí)施例的磁鐵2的特性的曲線之中，空腔部分內(nèi)徑比率為比50%大、比100%小的范圍內(nèi)，通過減小空腔部分內(nèi)徑比率，能夠增大最佳距離Clui，而最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度幾乎不變。因而，在調(diào)整最佳距離CU而使最佳距離Clui的磁場 Hs的強(qiáng)度幾乎不變的情況下，優(yōu)選將空腔部分內(nèi)徑比率設(shè)在比50%大且比100%小的范圍， 更優(yōu)選設(shè)在比50%大且在95%以下的范圍內(nèi)。從第5模擬的結(jié)果導(dǎo)出的上述的各傾向，不依賴于環(huán)狀部分厚度比率。以上，如參照第I至第5模擬的結(jié)果所說明的那樣，依據(jù)本實(shí)施方式，能增大磁場 Hs的強(qiáng)度，而不使磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離變得過小，且減小因磁鐵2和磁性傳感器5的位置關(guān)系的偏離而引起的角度誤差d Θ。但是，在圖18中，多條虛曲線表明，在圓柱形狀的磁鐵中，通過增大磁鐵的直徑， 不用怎么減小最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度，就能增大最佳距離然而，在圓柱形狀的磁鐵中，增大磁鐵的直徑時，磁鐵的體積變大，其結(jié)果是，與本實(shí)施方式的磁鐵2相比，磁鐵的成本上升。以下，對此舉出具體例子來進(jìn)行說明。這里，參照圖18比較直徑為20mm、厚度為2. 8mm的第7比較例的磁鐵和空腔部分內(nèi)徑比率為15%的實(shí)施例的磁鐵2。在這兩個磁鐵中，最佳距離Clui大致相等，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度也大致相等。然而，上述尺寸的第7比較例的磁鐵的體積為880mm3，與之相對，空腔部分內(nèi)徑比率為15%的磁鐵2的體積為524mm3。這樣,依據(jù)本實(shí)施方式，通過使用磁鐵2,以最佳距離(Iui和最佳距離(Iui的磁場 Hs的強(qiáng)度大致相等的條件比較時，與使用圓柱形狀的磁鐵的情況相比，能夠減小磁鐵2的體積，其結(jié)果是能夠抑制磁鐵2的成本。接著，關(guān)于本實(shí)施方式的磁鐵2，對研究磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離和施加于磁性傳感器5的磁場Hs的強(qiáng)度的關(guān)系的第6模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。在第6模擬中，使用最佳距離Clui相等的第I及第2磁鐵2。這兩個磁鐵的直徑dl為15mm，厚度t2為3mm。在第I磁鐵2中，空腔4a的直徑(環(huán)狀部4的內(nèi)徑)d2為4mm，環(huán)狀部4的厚度t4為I. 5mm。 在第2磁鐵2中，空腔4a的直徑(環(huán)狀部4的內(nèi)徑)d2為7mm、環(huán)狀部4的厚度t4為1mm。 第I磁鐵2的體積為511_3，第2磁鐵2的體積為492_3。在第6模擬中，對第I及第2磁鐵2，改變磁鐵2的端面2a和磁性傳感器5之間的距離de，求出磁場Hs的強(qiáng)度和角度誤差 d Θ。此外，第6模擬中的磁場Hs的強(qiáng)度和角度誤差d Θ與在第3模擬說明的磁場Hs的強(qiáng)度和角度誤差d Θ相同。第6模擬的其他的條件與第3模擬相同。圖19是示出通過第6模擬求出的磁鐵2和磁性傳感器5之間的距離de與施加于磁性傳感器5的磁場Hs的強(qiáng)度以及角度誤差d0的關(guān)系的特性圖。在圖19中，橫軸表示距離de，左側(cè)的縱軸表示磁場Hs的強(qiáng)度，右側(cè)的縱軸表示角度誤差d Θ。另外，圖19中的虛直線表示在第I及第2磁鐵2中角度誤差d Θ為O的距離de即最佳距離如圖19所示， 在第I磁鐵2中，與第2磁鐵2相比，最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度變大。這可認(rèn)為是因?yàn)榕c第2磁鐵2相比，第I磁鐵2的體積較大。從該結(jié)果可知，使磁鐵2的直徑dl及厚度t2 固定，改變環(huán)狀部4的內(nèi)徑d2及厚度t4，在得到相同的最佳距離Clui的情況下，對于環(huán)狀部 4的形狀，與內(nèi)徑d2較大、厚度t4較小的形狀相比，內(nèi)徑d2較小、厚度t4較大的一方，在能夠增大最佳距離Clui的磁場Hs的強(qiáng)度的方面是有利的。以下，對本實(shí)施方式的其他的效果進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，包含磁鐵2的旋轉(zhuǎn)軸C的任意剖面的形狀是相對旋轉(zhuǎn)軸C線對稱的形狀。依據(jù)本實(shí)施方式，通過使用這樣的形狀的磁鐵2，能夠防止因磁鐵2的形狀引起的角度誤差的發(fā)生。滿足上述的形狀的必要條件的磁鐵2的一個例子，是到此為止所說明的磁鐵2，即板狀部3具有圓板形狀、與旋轉(zhuǎn)軸C 垂直的環(huán)狀部4的任意剖面中的環(huán)狀部4的外周及內(nèi)周都是圓形的磁鐵2。然而，本實(shí)施方式的磁鐵2不限于到此為止所說明的磁鐵2，例如，包括以下的多個變形例中列舉的各種形狀的磁鐵。變形例的磁鐵，具有板狀部和環(huán)狀部，板狀部不含有供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔，但環(huán)狀部含有供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔。另外，變形例的磁鐵的包含旋轉(zhuǎn)軸C的任意的剖面的形狀是相對于旋轉(zhuǎn)軸C線對稱的形狀。通過使用這樣的磁鐵，與使用圓柱形狀的磁鐵的情況相比，能夠獲得到此為止所說明的各種效果。變形例接著，參照圖20至圖27對本實(shí)施方式的磁鐵2的第I至第8變形例進(jìn)行說明。 圖20是示出磁鐵2的第I變形例的平面圖。圖21是示出磁鐵2的第2變形例的平面圖。 第I及第2變形例的磁鐵101，與圖I至圖3所示的磁鐵2相同，具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸C(未圖示)的端面101a，并具有與旋轉(zhuǎn)軸C垂直的方向的磁化。另外，磁鐵101具有包含端面 IOla的板狀部102，以及相對板狀部102配置于端面IOla的相反側(cè)并與板狀部102連結(jié)的環(huán)狀部(未圖示)。板狀部102具有沿圖20或圖21的上下方向延伸的長圓板形狀(橢圓形狀)。板狀部102不包含供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔。環(huán)狀部包含外周部以及供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔。與旋轉(zhuǎn)軸C垂直的環(huán)狀部的任意剖面的環(huán)狀部的外周的形狀，是長圓形狀(橢圓形狀)，這與垂直于旋轉(zhuǎn)軸C的板狀部102的任意剖面的板狀部102的外周的形狀相同。 垂直于旋轉(zhuǎn)軸C的環(huán)狀部的任意剖面的環(huán)狀部內(nèi)周的形狀，可以是長圓形狀(橢圓形狀)， 也可以是圓形。第I變形例的板狀部102具有配置于圖20中的左右方向的N極和S極。第2變形例的板狀部102具有配置于圖21的上下方向的N極和S極。第I及第2變形例的磁鐵 101的磁化的方向，是從板狀部102的S極朝向N極的方向，是垂直于S極和N極的邊界的方向。圖22至圖26分別是示出磁鐵2的第3至第7變形例的剖面圖。第3至第7變形例的磁鐵2，與圖I至圖3所示的磁鐵2同樣具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸C(未圖示)的端面2a，并具有與旋轉(zhuǎn)軸C垂直的方向的磁化。另外，第3至第7變形例的磁鐵2，具有包含端面2a的板狀部3，以及相對板狀部3配置于端面2a的相反側(cè)并與板狀部3連結(jié)的環(huán)狀部4。第3 至第7變形例的板狀部3的形狀，與圖I至圖4所示的板狀部3的形狀相同。與圖I至圖
3、圖5所示的環(huán)狀部4同樣，第3至第7變形例的環(huán)狀部4包含旋轉(zhuǎn)軸C所通過的空腔4a。 在第3至第7變形例中，垂直于旋轉(zhuǎn)軸C的環(huán)狀部4的任意剖面的環(huán)狀部4的外周及內(nèi)周都是圓形。在圖22至圖24所示的第3至第5變形例中，環(huán)狀部4的內(nèi)徑、即空腔4a的直徑， 隨著從磁鐵2的端面2a離開而變大。如圖22所示，第3變形例的空腔4a的形狀是圓錐臺形狀。如圖23所示，在第4變形例中，在板狀部3和環(huán)狀部4的邊界的位置，環(huán)狀部4的內(nèi)徑、即空腔4a的直徑是O。第4變形例的空腔4a的形狀是圓錐形狀。如圖24所示，第5變形例的空腔4a的形狀是半球形狀。在圖25所示的第6變形例中，環(huán)狀部4的內(nèi)徑、即空腔4a的直徑，隨著從磁鐵2 的端面2a離開而變小。在圖26所示的第7變形例中，在空腔4a之中，接近端面2a的第I 部分的直徑，與離端面2a較遠(yuǎn)的第2部分的直徑相比較大。第I部分的直徑不依賴于離端面2a的距離，是固定的。第二部分的直徑也不依賴于離端面2a的距離，是固定的。圖27是示出磁鐵2的第8變形例的剖面圖。第8變形例的磁鐵103與圖I至圖 3所示的磁鐵2同樣，具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸C(未圖示)的端面103a，并具有與旋轉(zhuǎn)軸C垂直的方向的磁化。另外，磁鐵103具有包含端面103a的第I板狀部104，相對第I板狀部104 配置于端面103a的相反側(cè)并與第I板狀部104連結(jié)的環(huán)狀部105，以及相對環(huán)狀部105配置于端面103a的相反側(cè)并與環(huán)狀部105連結(jié)的第2板狀部106。第I板狀部104對應(yīng)于本發(fā)明的板狀部。雖然第I及第2板狀部104、106不包含供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔，但環(huán)狀部 105包含供旋轉(zhuǎn)軸C通過的空腔105a。第I及第2板狀部104、106具有圓板形狀。垂直于旋轉(zhuǎn)軸C的環(huán)狀部105的任意的剖面的環(huán)狀部105的外周以及內(nèi)周都是圓形。在第8變形例中，空腔部105a被第I及第2板狀部104、106和環(huán)狀部105包圍。對于本實(shí)施方式的磁鐵2，平面形狀(從垂直于端面的方向看的形狀)可以是圖 20或圖21所示的形狀，包含旋轉(zhuǎn)軸C的剖面的形狀也可以是圖22至圖27的任一個所示的形狀。另外，對于本實(shí)施方式的磁鐵2，包含旋轉(zhuǎn)軸C的任意剖面的形狀只要是相對旋轉(zhuǎn)軸 C線對稱的形狀即可，平面形狀可以是正方形、長方形、六邊形、八邊形等。此外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，能進(jìn)行各種變更。例如，磁性傳感器5也可以使用AMR(各向異性磁阻效應(yīng))兀件作為電橋電路16、17的全部磁檢測兀件?；谝陨系恼f明，顯然能實(shí)施本發(fā)明的各種方式、變形例。因此，在和以下的權(quán)利要求的范圍等價的范圍中，也能以上述的最佳方式以外的方式實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角度傳感器，具備磁鐵，具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面，并具有與所述旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向的磁化，以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及磁性傳感器，與所述磁鐵的端面相向，檢測所述磁鐵的磁場，基于所述磁性傳感器的檢測輸出，所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度，其特征在于，所述磁鐵具有包含所述端面的板狀部；以及相對于所述板狀部配置于所述端面的相反側(cè)并與所述板狀部連結(jié)的環(huán)狀部，所述板狀部不包含供所述旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔，而所述環(huán)狀部包含供所述旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，其特征在于，所述磁鐵的包含所述旋轉(zhuǎn)軸的任意剖面的形狀，是對于所述旋轉(zhuǎn)軸而言線對稱的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，其特征在于，所述板狀部具有圓板形狀，所述環(huán)狀部的與所述旋轉(zhuǎn)軸相垂直的任意剖面的所述環(huán)狀部的外周及內(nèi)周都是圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，其特征在于，在位于從所述端面離開與所述磁鐵的端面和所述磁性傳感器之間的距離相等的距離的位置，且平行于所述端面的假想平面上，在與所述旋轉(zhuǎn)軸相交的第I位置以及與該第I位置不同的第2位置，所述磁鐵的磁場的方向相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，其特征在于，所述磁性傳感器包含磁阻效應(yīng)元件。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)角度傳感器，具備磁鐵，具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面并具有與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向的磁化，以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及磁性傳感器，與磁鐵的端面相向，檢測磁鐵的磁場。磁鐵具有包含端面的板狀部，以及相對于板狀部配置于端面的相反側(cè)并與板狀部連結(jié)的環(huán)狀部。板狀部不包含供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔，而環(huán)狀部包含供旋轉(zhuǎn)軸通過的空腔。
文檔編號G01R33/09GK102607405SQ20121002281
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者平林啟, 永沼宙, 猿木俊司 申請人:Tdk株式會社