编码器的制作方法

本发明涉及一种编码器，特别涉及一种具有磁传感器装置的编码器。

背景技术：

在检测旋转体的旋转的编码器中，例如设置一种在旋转体侧设置磁铁，在固定体侧具有磁阻元件(以下称作“MR元件”)或者霍尔元件的磁传感器装置。在该磁传感器装置中，在基板的一面形成有由磁阻膜构成的感磁膜，基于从由感磁膜构成的两相(A相以及B相)的桥接电路输出的输出，检测旋转体的角速度或者角度位置等。

在此，一般地，用于在磁传感器装置中使用的MR元件、霍尔元件的感磁膜的电阻值因温度而变化。因此，提出了一种即使环境温度变化也能够获得稳定的检测精度的技术(例如参照专利文献1)。具体地说，在形成有感磁膜的基板上形成有温度监测用电阻膜以及加热用电阻膜(加热器图案)。而且，利用温度监测用电阻膜的电阻值对与设定温度的温度差、温度变化进行监测，并基于监测结果向加热用电阻膜供电，将感磁膜加热至设定温度。因此，在环境温度发生变化时，即使在因应力的影响导致的电阻变化、因膜质的差异导致的电阻变化不同的情况下，也不易受到因环境温度导致的影响，因此即使发生温度变化，也能够获得稳定的检测精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-194360号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1公开的技术中，利用加热器图案进行温度控制并将MR元件保持为恒定温度，但是存在以下问题：(1)在起动时，到MR元件的温度变成恒定需要花费时间，(2)由于温度传感器与感磁膜的配置位置不同，因此芯片内的温度不相同，容易因温度分布导致产生误差，(3)为了应对补偿电压随着时间而变化，使用上次动作时的补偿电压作为起动时的MR元件补偿电压，但是这没有考虑温度特性。例如存在如下问题：在动作时在温度高的状态下记录补偿，但是由于在起动时温度低因此误差大。

本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的是提供一种使MR元件的温度特性的影响降低的编码器。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的编码器具有：磁阻元件，所述磁阻元件形成在基板上；补偿电压检测部，所述补偿电压检测部检测所述磁阻元件的补偿电压；温度检测部，所述温度检测部检测所述磁阻元件的温度；存储部，所述存储部关联地记录所述补偿电压与所述磁阻元件的温度；以及补偿电压规定部，所述补偿电压规定部根据记录于所述存储部的所述补偿电压与所述磁阻元件的温度的数据，计算出表示所述补偿电压与所述磁阻元件的温度的关系的近似式，在起动时，以所述近似式为基础根据所述磁阻元件的温度推定当前的补偿电压，并将推定的所述补偿电压作为新的补偿电压。因此，在起动时不必加热元件等进行恒温控制，即使没有变成恒定温度为止的时间，也能够获得适当的补偿值。即，能够在起动后马上获得高精度的输出。

并且，所述温度检测部也可以形成在形成有所述磁阻元件的相同的所述基板上。因此，实际上能够实现磁阻元件自身的温度检测，即能够实现精度高的温度检测。

并且，也可以在将所述补偿电压与所述磁阻元件的温度关联地记录于所述存储部时，温度范围按照规定范围分割，使得在所述温度范围内检测出的补偿电压平均。因此，通过按照规定的温度范围划分并将补偿电压平均化而记录，能够抑制数据容量。例如能够选择容量小的存储部，并能够长期地记录数据，能够进行长期的数据校正。

并且，在测量出的补偿电压与所述磁阻元件的温度的关系与所述近似式偏离规定量以上的情况下，所述补偿电压规定部也可以以新的数据为基础计算出新的近似式。因此，在因外在原因等导致补偿电压大幅度偏离的情况下，通过将近似式，即磁阻元件的温度特定暂时复位，能够获得与状况相应的补偿电压。

并且，也可以所述温度检测部在每个与外部的控制装置的通信周期中检测一次所述磁阻元件的温度，所述补偿电压规定部在所述通信周期中计算出所述近似式。即，在从角度响应开始至下一个来自控制装置的请求期间，执行温度运算处理。如此一来，通过按照通信周期进行温度检测，与通过中断处理等非定期进行温度检测的情况相比，能够将处理简化。即，能够充分确保处理时间，因此能够可靠地使温度运算处理结束。

并且，也可以所述温度检测部计算出所述磁阻元件的电阻值，根据计算出的电阻值检测当前的温度。因此，由于使用磁阻元件自身的电阻值，因此不必另外设置温度检测部。并且，由于能够检测出磁阻元件的感磁部的温度，因此减少了因芯片内的温度分布导致的误差。

并且，也可以所述温度检测部具有温度监测用电阻膜，所述温度监测用电阻膜形成在形成有所述磁阻元件的所述基板上。因此，通过在检测磁阻元件的感磁部的温度的基础上，使用温度监测用电阻膜，能够掌握芯片内(基板上)的温度分布，从而能够降低因温度分布导致的误差。

发明效果

根据本发明，能够提供一种使磁阻元件的温度特性对补偿电压的影响降低的编码器。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的磁传感器装置以及旋转编码器的原理的图。

图2是表示第一实施方式所涉及的用于磁传感器装置以及旋转编码器的感磁元件的感磁膜的电连接结构的图。

图3是表示第一实施方式所涉及的磁传感器装置的感磁元件的平面结构的图。

图4是第一实施方式所涉及的控制部的框图。

图5是表示第一实施方式所涉及的感磁元件的温度与补偿电压的关系的图表。

图6是表示第二实施方式所涉及的用于磁传感器装置以及旋转编码器的感磁元件的感磁膜的电连接结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的磁传感器装置以及旋转编码器的实施方式进行说明。另外，在旋转编码器中，为了检测旋转体相对于固定体的旋转，可以采用在固定体设置磁铁，在旋转体设置感磁元件的结构以及在固定体设置感磁元件，在旋转体设置磁铁的结构中的任意一种结构，但是在以下的说明中，以在固定体设置感磁元件，在旋转体设置磁铁的结构为中心进行说明。

＜第一实施方式＞

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的磁传感器装置10以及旋转编码器1的原理的说明图。图1(a)是说明相对于感磁元件4等的信号处理系统的图。图1(b)是说明从感磁元件4输出的信号的图。图1(c)是表示信号与旋转体2的角度位置(电角)的关系的图。图2是说明用于磁传感器装置10以及旋转编码器1的感磁元件4的感磁膜41～44(磁阻膜)的电连接结构的图。图2(a)表示+A相的感磁膜43以及-A相的感磁膜41所构成的桥式电路4a的图。图2(b)表示+B相的感磁膜44以及-B相的感磁膜42所构成的桥式电路4b的图。

图1所示的旋转编码器1是通过磁传感器装置10磁检测旋转体2相对于固定体(未图示)绕轴线(绕旋转轴线)的旋转的装置。固定体固定于马达装置的框架等，旋转体2在与马达装置的旋转输出轴等连接的状态下使用。在旋转体2侧保持有磁铁20，所述磁铁20的N极和S极沿周向分别磁化有一极的磁化面21朝向旋转轴线方向L的一侧。该磁铁20与旋转体2一体地绕旋转轴线旋转。

在固定体侧设置有磁传感器装置10，所述磁传感器装置10具有感磁元件4和控制部90等，所述感磁元件4在旋转轴线方向L的一侧与磁铁20的磁化面21相向，所述控制部90进行后述处理。并且，磁传感器装置10在与磁铁20相向的位置具有第一霍尔元件61和第二霍尔元件62。第二霍尔元件62位于与第一霍尔元件61在周向上偏离90°机械角的位置。

感磁元件4是具有基板40和相对于磁铁20的相位彼此具有90°的相位差的两相的感磁膜(A相(SIN)的感磁膜以及B相(COS)的感磁膜)的磁阻元件。具体地说，A相的感磁膜包括具有180°的相位差并进行旋转体2的移动检测的+A相(SIN+)的感磁膜43以及-A相(SIN-)的感磁膜41。同样地，B相的感磁膜包括具有180°的相位差并进行旋转体2的移动检测的+B相(COS+)的感磁膜44以及-B相(COS-)的感磁膜42。

如图2(a)所示，+A相的感磁膜43以及-A相的感磁膜41的一端与A相用的电源端子VccA连接，另一端与A相用的接地端子GNDA连接。在+A相的感磁膜43的中点位置设置有输出+A相的输出端子+A。在-A相的感磁膜41的中点位置设置有输出-A相的输出端子-A。

如图2(b)所示，+B相的感磁膜44以及-B相的感磁膜42也与+A相的感磁膜44以及-A相的感磁膜41同样地，一端与B相用的电源端子VccB连接，另一端与B相用的接地端子GNDB连接。在+B相的感磁膜44的中点位置设置有输出+B相的输出输出端子+B，在-B相的感磁膜42的中点位置设置有输出-B相的输出端子-B。

另外，为了方便，在图2中分别记载了A相用的电源端子VccA以及B相用的电源端子VccB，但是A相用的电源端子VccA和B相用的电源端子VccB也可共用。并且，为了方便，在图2中分别记载了A相用的接地端子GNDA以及B相用的接地端子GNDB，但是A相用的接地端子GNDA和B相用的接地端子GNDB也可共用。

如图1(a)所示，这样的结构的感磁元件4配置于在旋转轴线方向L上与磁铁20的磁化边界部分重叠的位置。因此，感磁元件4的感磁膜41～44能够在各感磁膜41～44的电阻值的饱和灵敏度区域以上的磁场强度下检测朝向在磁化面21的面内方向上变化的旋转磁场。即，在磁化边界线部分，产生在各感磁膜41～44的电阻值的饱和灵敏度区域以上的磁场强度下朝向在面内方向变化的旋转磁场。

在此，饱和灵敏度一般指的是电阻值变化k能够与磁场强度H近似地用“k∝H2”的式子表示的区域以外的区域。并且，在饱和灵敏度区域以上的磁场强度下检测旋转磁场(磁矢量的旋转)的方向时的原理为利用下述事项：在向感磁膜41～44通电的状态下，施加电阻值饱和的磁场强度时，在磁场与电流方向所成的角度θ和感磁膜41～44的电阻值R之间存在以下式子表示的关系。

R＝R₀-k×SIN2θ

R₀：无磁场下的电阻值

K：电阻值变化量(饱和灵敏度区域以上时为常数)

若基于这样的原理检测旋转磁场，一旦角度θ变化，则电阻值R沿着正弦波变化，因此能够获得波形品质较高的A相输出以及B相输出。

如图1(a)所示，控制部90与磁传感器装置10连接。具体地说，在感磁元件4通过放大电路31、32连接有控制部90，并且，第一霍尔元件61以及第二霍尔元件62通过放大电路35、36连接有控制部90。

控制部90具有对从磁传感器装置10输出的正弦波信号sin、cos进行插补处理和各种运算处理的CPU(运算电路)等，基于来自感磁元件4、第一霍尔元件61以及第二霍尔元件62的输出，求出旋转体2相对于固定体的旋转角度位置。

更加具体地说，在旋转编码器1中，若旋转体2旋转一周，则从感磁元件4(磁阻元件)输出两个周期的图1(b)所示的正弦波信号sin、cos。控制部90通过被放大电路31、32放大的正弦波信号sin、cos求出图1(c)所示的利萨如图，并进一步根据正弦波信号sin、cos求出θ＝tan^-1(sin/cos)，计算出旋转输出轴的角度位置θ。

另外，在本实施方式中，在从磁铁20的中心观察时偏离90°的位置配置有第一霍尔元件61以及第二霍尔元件62。因此，通过第一霍尔元件61以及第二霍尔元件62的输出的组合，可知当前位置位于正弦波信号sin、cos的哪一个区间。其结果是，旋转编码器1能够基于感磁元件4的检测结果、第一霍尔元件61的检测结果以及第二霍尔元件62的检测结果生成旋转体2的绝对角度位置信息，并能够进行绝对动作。

图3是用于说明磁传感器装置10的感磁元件4的图。在此，例示感磁元件4的平面结构，为了方便，对温度监测用电阻膜47标记朝向右下方的斜线。

如图所示，在磁传感器装置10中，感磁元件4具有基板40和形成于基板40的一面40a上的感磁膜41～44。感磁膜41～44通过相互折叠延伸的部分在基板40的中央构成圆形的感磁区域45。基板40例如是具有四边形的平面形状的硅基板。

从感磁膜41～44一体地延伸有配线部分，在配线部分的端部设置有A相用的电源端子VccA、A相用的接地端子GNDA、+A相输出用的输出端子+A、-A相输出用的输出端子-A、B相用的电源端子VccB、B相用的接地端子GNDB、+B相输出用的输出端子+B以及-B相输出用的输出端子-B。

并且，在基板40的一面40a形成有温度监测用电阻膜47。温度监测用电阻膜47设置于图示的基板40的右下方区域，靠近感磁区域45。温度监测用电阻膜47形成为多次折返地延伸的平面形状。在此，在图示的俯视观察时，温度监测用电阻膜47与感磁膜44的配线部分局部重叠，但是温度监测用电阻膜47形成于与感磁区域45在基板40的面内方向上偏离的区域，与感磁区域45不重叠。

温度监测用电阻膜47是不表现出磁阻效果的导电膜。因此，即使磁通密度相对于温度监测用电阻膜47变化，也能够准确地监测温度。并且，由于温度监测用电阻膜47与同一基板上的感磁元件4(感磁膜41～44)相邻地形成，因此能够高精度以及高灵敏度地检测感磁元件4的温度。

在温度监测用电阻膜47的一个端部形成有温度监测用的电源端子VccS。并且，温度监测用电阻膜47的另一个端部与B相用的接地端子GNDB连接。因此，B相用的接地端子GNDB也可以用作相对于温度监测用电阻膜47的接地端子GNDS。

图4是控制部90的框图。控制部90具有ADC部91、信号处理部92、温度计算部93、补偿调整部94以及存储部95。

ADC部91通过对来自磁传感器装置10的输出进行A/D变换而将模拟信号变换为数字信号。信号处理部92基于进行了A/D变换的信号，检测磁铁20的旋转角度位置和旋转速度等。

温度计算部93进行关于感磁元件4的温度运算处理，并通过温度监测用电阻膜47的电阻值检测与设定温度的温度差、温度变化。

作为温度检测的时机，例如在每个与控制旋转编码器1的规定的控制装置(上位装置)的通信周期内检测一次，并在通信周期中进行温度运算处理。即，在从角度响应开始至下一个来自控制装置的请求期间，执行温度运算处理。温度运算处理在数10μs中结束，因此在周期性具有比10μs足够长的期间的通信周期内，可靠地结束处理。通过按照通信周期进行温度检测，与通过中断处理等非定期地进行温度检测的情况相比，能够将处理简化。

补偿调整部94将以感磁元件4的输出为基础求出的补偿电压和利用温度计算部93检测出的元件温度关联地依次记录于存储部95。而且，补偿调整部94以在起动时记录于存储部95的这些数据为基础，计算补偿电压的温度特性，根据当前的温度计算出起动时的补偿电压。另外，在存储部95的写入量已满的情况下，将最旧的数据替换成最新的数据。

图5是表示感磁元件4的温度与补偿电压的关系的图表。参照该图表对补偿电压的调整处理进行说明。横轴表示感磁元件4的温度(由温度监测用电阻膜47以及温度计算部93检测出的检测结果)。纵轴表示感磁元件4的补偿电压。

如上所述，在旋转编码器1动作过程中，补偿调整部94将补偿电压与感磁元件4的温度组对，并依次记录于存储部95。例如，在图5中，第一～第四数据D1～D4表示在图表上。

补偿调整部94以第一～第四数据D1～D4为基础计算出近似式(在此，近似直线AL)，从而计算出补偿电压的温度特性。作为温度特定，例如计算出近似直线AL的截距、斜率。

然后，在接下来旋转编码器1起动的情况下，根据温度监测用电阻膜47与温度计算部93的检测结果，补偿调整部94以温度特性为基础，在起动后马上计算出补偿电压。其结果是，能够在起动后马上适当地计算出补偿电压，从而能够降低旋转编码器1的输出误差，即角度误差。并且，即使补偿电压随着时间而变化、补偿电压温度特性随着时间而变化，也能够依次校正。即，通过补偿调整部94学习补偿电压温度特性，能够高精度、高灵敏度地计算出刚刚起动后的补偿电压。

另外，在存储部95组对地记录补偿电压与感磁元件4的温度时，也可以按照规定范围划分温度范围，使得温度范围内检测出的补偿电压平均地储存。由于能够抑制所需的容量，因此在能够利用的存储部95的容量具有限制的情况下有效。并且，在其他观点中，能够延长替换数据为止的期间，从而能够利用长期的数据。

另外，也可以在检测出补偿电压与感磁元件4的温度所示的数据从近似直线AL偏离规定值以上的情况下，补偿调整部94判断为发生错误，复位既存的温度特性。即，补偿调整部94进行学习的初始化。

例如，如图所示，错误数据D_error(Dx)是比近似直线AL低ΔV的值。在这种情况下，存在在感磁元件4发生元件变形等不良，感磁元件4的输出特性变化的可能性。因此，在这样的情况下，补偿调整部94放弃既存的数据，记录此后获取的新的数据，并加以利用。并且，在频繁发生学习的初始化的情况下，补偿调整部94判断为旋转编码器1发生故障，通过规定的警告单元(显示单元等)通知该主旨。

＜第二实施方式＞

在本实施方式中，以流过感磁元件(MR元件)的电流为基础直接检测感磁元件自身的温度，计算出该温度的补偿电压。另外，感磁元件(MR素子)的温度测量技术以外的结构能够通过与第一实施方式相同的结构、功能来实现，因此对本实施方式中的特征技术进行说明，对于相同的结构、功能标记相同符号并省略其说明。

图6是说明用于磁传感器装置10以及旋转编码器1的感磁元件4的感磁膜41～44(磁阻膜)的电连接结构的图。在此，表示A相侧的桥式电路4a，成为在第一实施方式的图2(a)的结构上追加电流检测电路150的结构。

如图所示，在A相用的电源端子VccA与A相侧的桥式电路4a的路径途中，即，在高位侧设置有电流检测电路150。另外，在此示出的电流检测电路150的结构为了易于说明，示出电流检测的基本的电路结构。实际上，通常使用专用的电流检测用IC，在本实施方式中也同样。并且，不限于高位侧，也可以在低位侧进行电流检测。

电流检测电路150具有电流检测用电阻151和电流检测用放大器152。电流检测用电阻151在A相用的电源端子VccA与A相侧的桥式电路4a的路径中途串联地插入。在此，在感磁膜41、43的电阻值是500Ω～1000Ω的情况下，通过将电流检测用电阻151的电阻值设定为数10Ω，能够以S/N比实际上不降低的方式进行电流检测。

电流检测用电阻151的两端与电流检测用放大器152的两个输入(+/-)连接。而且，电流检测用放大器152的输出(Vout)与控制部90连接。

接下来，对温度检测处理进行说明。通过与图4的控制部90相同的结构来实现温度检测处理。在存储部95记录感磁元件4的电阻温度系数α以及补偿值(某种温度下的电阻值R_OMR)。温度计算部93以流过感磁元件4的电流以及施加电压为基础计算出感磁元件4的电阻值R_MR，参照存储部95，计算出当前的感磁元件4的温度t。当前的感磁元件4的温度t根据以下的关系式导出。

R_MR＝R_OMR+α(t-t₀)

α：感磁元件4的电阻温度系数

R_OMR：在规定的温度t₀下的感磁元件4的电阻值

这里利用了如下情况：构成感磁元件4内的电阻电桥的各元件(感磁膜41、43)的电阻值因外部磁通的施加方向而变化，但是通过配置图3所示的电桥结构(感磁膜41、43)，整体电阻几乎恒定。B相侧的元件(感磁膜42、44)也同样。补偿调整部94利用求出的温度，求出感磁元件4的补偿电压。另外，补偿电压的温度特性预先记录于存储部95。

另外，通过设置电流检测电路150，并且设置第一实施方式的温度监测用电阻膜47，能够掌握磁传感器装置10内的、即基板40上的温度分布，能够准确地计算出温度状况。并且，在装设了旋转编码器1的CPU中内置有温度传感器，但是该温度传感器输出不是被校正的内容。因此，还能够将电流检测电路150用作内部校正用温度传感器。

以实施方式为基础对本发明进行了说明，但是该实施方式是例示，这些各构成要素的组合等能够进行各种变形，并且这些变形例也在本发明的范围内，对于本领域技术人员是可以理解的。

标号说明

1 旋转编码器

2 旋转体

4 感磁元件

4a、4b 桥式电路

10 磁传感器装置

20 磁铁

21 磁化面

31、32、35、36 放大电路

40 基板

41、42、43、44 感磁膜

45 感磁区域(感磁部)

47 温度监测用电阻膜(温度检测部)

61 第一霍尔元件

62 第二霍尔元件

90 控制部

91 ADC部

92 信号处理部

93 温度计算部(温度检测部)

94 补偿调整部

95 存储部

150 电流检测电路(温度检测部)

151 电流检测用电阻

152 电流检测用放大器