CN106030327B - 传感器装置及其制造方法和用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器装置，其具有：布置在至少一个承载面(16)上的至少一个磁芯(10)，所述至少一个磁芯包括至少一种软磁材料(12)，并且对于所述至少一个磁芯(10)能够分别限定一个中间纵向平面(18)，所述中间纵向平面垂直于所述承载面(16)地定向并且将相应的磁芯(10)分为具有相同质量的两个半部，其中，在所述至少一个磁芯(10)上、环绕所述至少一个磁芯(10)和/或与所述至少一个磁芯(10)相邻地布置有至少一个线圈，其中，所述至少一个磁芯(10)在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯(10)再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量。同样，本发明涉及一种用于具有至少一个磁芯(10)的传感器装置的制造方法。此外，本发明涉及一种用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器装置。同样，本发明涉及一种用于具有至少一个磁芯的传感器装置的制造方法。此外，本发明涉及一种用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法。
背景技术
在文献DE 10 2009 047 624 A1中描述一种用于测量磁场的磁场传感器。这些磁场传感器具有由软磁材料制成的至少一个磁芯，该磁芯沿纵轴线延伸。在文献DE 10 2009047 624 A1中描述的磁芯实施为关于其相应纵轴线轴对称。此外，这些磁芯可以具有弯曲的表面、尤其倒圆角(abgerundet)的端区段，和/或突出的或缩细的中间区段。
发明内容
本发明实现一种传感器装置，其具有：布置在至少一个承载面上的至少一个磁芯，所述至少一个磁芯包括至少一种软磁材料，其中，在所述至少一个磁芯上、环绕所述至少一个磁芯和/或与所述至少一个磁芯相邻地布置有至少一个线圈，其中，所述至少一个磁芯在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量，其中，对于所述至少一个磁芯能够分别限定一个中间纵向平面，所述中间纵向平面垂直于所述承载面地定向并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个半部，其中，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有至少一个留空、具有关于其中间纵向平面不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性。
本发明还提出一种用于具有至少一个磁芯的传感器装置的制造方法，所述方法具有如下步骤：
由至少一种软磁材料在至少一个所分配的承载面上形成至少一个磁芯；以及
在所述至少一个磁芯上、环绕所述至少一个磁芯和/或与所述至少一个磁芯相邻地布置或构造至少一个线圈；
其中，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量，其中，在所述至少一个所分配的承载面上如此形成所述至少一个磁芯，使得对于所述至少一个磁芯能够分别限定一个垂直于其承载面地定向并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个半部的中间纵向平面，其中，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有至少一个留空、具有关于其中间纵向平面不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性。
本发明还实现一种用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法，所述方法具有如下步骤：
在由至少一种软磁材料构造的至少一个磁芯中在其所分配的承载面上对于每一个空间方向生成一个交变磁场，其中，相应磁芯在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量，其中，在生成交变磁场期间求取沿着相应的空间方向在相应磁芯的再磁化期间在相应磁芯中生成的交变场的交变场强，并且将所求取的交变场强确定为沿相应空间方向的磁场的场强并输出，
其中，在所述至少一个所分配的承载面上如此形成所述至少一个磁芯，使得对于所述至少一个磁芯能够分别限定一个垂直于其承载面地定向并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个半部的中间纵向平面，及其中，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有至少一个留空、具有关于其中间纵向平面不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性。
发明优点：
本发明实现一种无噪音地确定借助传感器装置要测量的值，如例如沿至少一个空间方向的磁场的场强，其方式是，改善用于此的至少一个磁芯的磁均匀性(例如改变其几何形状和/或引入至少一种外部材料)。为此，本发明实现如下磁芯：所述磁芯在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域可有针对性地局部控制/触发相应磁芯的再磁化的开始。所述部分区域相比于邻接的相邻部分区域具有提高或降低的(磁)流密度，从而在能量上有利于磁畴壁的传播/散开到所述区域上。借助于根据本发明的磁芯的有利的构造，在其内部出现的磁流是如此“可控的”，使得为了使磁畴壁传播而要施加的驱动力/驱动能量提高。因此，例如钉扎作用(Pinningeffekt)(例如在干扰位置上)显得不太重要，这导致较低的噪声。借助于相应磁芯的(改善的)磁均匀性可实现的小的噪声既不需要相对于现有技术提高的电流消耗或能量消耗也不需要较长的测量时间。
有利地，对于所述至少一个磁芯能够分别限定一个中间纵向平面，所述中间纵向平面垂直于所述承载面地定向并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个半部，其中，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有至少一个留空、具有关于其中间纵向平面不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性。在所有在此描述的情况中，相应磁芯在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域可更有针对性地局部控制/触发相应磁芯的再磁化的开始。因此，所有在此描述的实施方式实现为了使磁畴壁传播而要施加的驱动力/驱动能量的提高。
在传感器装置的一种有利的实施方式中，在其内部具有至少一个留空的所述至少一个磁芯构造为关于其中间纵向平面对称、和/或关于其垂直于其中间纵向平面和其承载面延伸的并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个另外的半部的中间横向平面不对称。所述芯几何结构实现磁流在磁芯内部的巧妙的偏转，这显著降低在借助于传感器装置测量的值上在传感器装置中应用磁芯的情况下出现的噪声。
对此替代地，在其内部具有至少一个留空的所述至少一个磁芯构造为关于其中间纵向平面不对称和/或关于其重心点对称。借助于所述至少一个磁芯的这样的构造也可以确保在上述段落中描述的优点。
在另一有利的实施方式中，具有关于其中间纵向平面不对称的形状的所述至少一个磁芯构造为具有至少一个突出的区段和/或具有在相应的磁芯的至少一个外面上的至少一个缩回(zurückversetzt)的区段。如以下更准确地实施的那样，在至少一个突出的区段和/或至少一个缩回的区段上分别出现如下部分区域：在所述部分区域中磁流相比于在其紧邻的环境中存在的磁流提高或降低。这有利于在相应磁芯的内部磁畴根据可再复现的传播模式传播，并且因此导致磁芯再磁化的更有针对性的触发。
例如，具有关于其中间纵向平面不对称的形状的所述至少一个磁芯可以构造为关于其中间横向平面对称。然而对此替代地，具有关于其中间纵向平面不对称的形状的所述至少一个磁芯也可以构造为关于其重心点对称。两种实施方式能实现有利的部分区域：借助于所述部分区域可更有针对性地触发相应磁芯的再磁化。
在另一有利的实施方式中，具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯除了所述软磁材料之外还包括至少一种降低饱和磁化的材料。所述至少一种降低饱和磁化的材料可以是例如二氧化硅和/或氮化硅。因此，成本有利的并且可容易处理的材料可用于在此描述的实施方式的构造。
作为替代或作为补充，具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯除了所述软磁材料之外还可以包括至少一种提高饱和磁化的材料。在所述情况下，多种成本有利的并且可容易处理的材料也可用于至少一种提高饱和磁化的材料。因此，在所述实施方式中也可容易并且成本有利地制造所述至少一个磁芯。
优选地，具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯也具有关于其中间横向平面不对称的磁均匀性和/或关于其重心点对称的磁均匀性。因此，确保在至少一个磁芯的构造中大的设计自由度。
优选地，传感器装置是磁力计部件、磁力计、罗盘部件或罗盘。因此可多方面地应用所述传感器装置。然而应指出，传感器装置的可构造性不限于在此列举的例子。
用于具有至少一个磁芯的传感器装置的相应制造方法也确保前述优点。所述制造方法可根据传感器装置的上述实施方式来扩展。
此外，用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的对应方法的执行也实现上述优点。用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法也可相应于传感器装置的上述实施方式来扩展。
附图说明
以下根据附图阐明本发明的另外的特征和优点。附图示出：
图1至11：传感器装置的实施方式的部分区域的示意性横截面；
图12：用于阐明用于具有至少一个磁芯的传感器装置的制造方法的一种实施方式的流程图；以及
图13：用于阐明用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法的一种实施方式的流程图。
具体实施方式
图1至11示出传感器装置的实施方式的部分区域的示意性横截面。
借助于图1至11示意性复述的传感器装置分别具有至少一个磁芯10。每一个传感器装置的至少一个磁芯10包括至少一种软磁材料12。至少一种软磁材料12可以是例如NiFe。然而应指出，多种材料可用作所述至少一种软磁材料12。每一个磁芯10也具有至少一个外面14。(至少一个外面14可理解为相应磁芯10的向外指向的边界面)。
图1至11分别示出相应传感器装置的磁芯10的横截面。例如该横截面在此平行于承载面16地延伸，在所述承载面上布置/构造有相应的磁芯10。(因此，所述至少一个外面14至少部分面地接触承载面16)。承载面16可以是例如衬底表面、尤其是半导体衬底的表面。
应指出，在图1至11中仅仅一个磁芯10的显示不将相应传感器装置限于具有仅仅一个磁芯10的配备。在图1至11中示意性复述的传感器装置中的每一个可以具有至少两个磁芯10。
对于图1至11中的每一个磁芯10可限定一个中间纵向平面18，所述中间纵向平面垂直于承载面16地定向并且将相应磁芯10分为具有相同质量的两个半部。附加地，对于图1至11中的磁芯10中的每一个，能够分别限定一个垂直于其中间纵向平面18和其承载面16延伸的并且将相应磁芯分为具有相同质量的两个另外的半部的中间横向平面20。优选地，中间纵向平面18的位于相应磁芯10的至少一个外面14之内的面积(显著)大于中间横向平面20的位于相应磁芯10的至少一个外面14之内的面积。
优选地，在相应磁芯10的至少一个外面14上可限定两个端点22，在磁芯10的所有质点中所述两个端点最远离相应磁芯10的中间横向平面20。在所述情况下，相应磁芯10的中间纵向平面18优选延伸通过所述两个端点22(例如图1)。替代地，相应磁芯10的至少一个外面14的部分面也可以限定为两个端面24，其中，在磁芯10的所有质点中所述两个端面24的质点最远离相应磁芯10的中间横向平面20。那么有利地，中间纵向平面18延伸通过两个端面24。两个端面24尤其可以在中心与相应磁芯10的中间纵向平面18相交(例如图3)。
通常在每一个磁芯10上构造两个具有各一个端点22或端面24的端区段26。在图1、2、6和9的实施方式中，磁芯10具有倒圆角的端区段26。在图1、2和6的实施方式中，相应磁芯10在倒圆角的端区段26之间具有垂直于其中间纵向平面18的不变的芯宽度b。与此相对，图3至5、10和11的实施方式在其整个芯长度I上(沿中间纵向平面18)具有不变的芯宽度b(垂直于其中间纵向平面18)和带棱边的端区段26。
在图1至11的所有传感器装置中，在所述至少一个磁芯10上、环绕所述至少一个磁芯10和/或与所述至少一个磁芯10相邻地布置至少一个(未绘出的)线圈。所述至少一个线圈优选如此相对于分配给所述至少一个线圈的至少一个磁芯10布置，使得借助于所述至少一个线圈可在所分配的至少一个磁芯10中感应产生磁场/交变场和/或在在所分配的至少一个磁芯10中存在的场/交变场的时间变化的情况下可在至少一个线圈中感应产生感应电流/感应电压。所述至少一个线圈可以例如如此在所述至少一个磁芯10上/环绕至少一个磁芯10地布置/构造/缠绕，使得其绕组环绕以此装备的磁芯10的中间纵向平面18延伸。同样地，所述至少一个线圈也可以如此与所分配的至少一个磁芯10相邻地布置，使得其绕组环绕平行于其中间纵向平面18地定向的平面延伸。以下还将讨论关于应用至少一个线圈的可能性。
在图1至11的每一个传感器装置中，所述至少一个磁芯10在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域可有针对性地局部控制相应磁芯10的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量。为此，图1至11的至少一个磁芯10构造为在其内部具有至少一个留空28、具有关于其中间纵向平面18不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面18不对称的磁均匀性。
在图1至6的实施方式中，所述至少一个磁芯10构造为在其内部具有至少一个留空28。借助于所述至少一个留空28，在相应磁芯10的内部可构造部分区域，所述部分区域相比于在相应磁芯10内部的邻接的相邻部分区域具有(显著)提高的磁流。所述有利的特征在图1中示例性地示出。所示出的箭头30表示在图1的磁芯10中实现的部分区域中的、具有相对于邻接的相邻区域(显著)提高的磁流的一些部分区域。以下还将更准确地讨论在相应磁芯10的内部实现的具有相对于邻接的相邻区域(显著)提高的磁流的部分区域的优点。
尤其可以将至少一个留空28理解为在相应磁芯10内部的至少一个空腔，所述至少一个空腔可借助于光学显微镜和/或X光显微镜识别。所述至少一个留空28可以例如构造为椭圆体(图1和2)、冠形(图3和4)、楔形(图5)、棱锥(无示例)、球形(图6)、长方体(无示例)、立方体(无示例)和/或多边形(无示例)。(相应地，所述至少一个留空28的平行于承载面16地定向的横截面可以是椭圆形、冠状、三角形、圆形、四角形和/或正方形)然而，所述至少一个留空28的形状是可自由选择的。
优选地，所述至少一个留空28存在于相应磁芯10的两个(与中间横向平面20间隔开的)端区段26中的至少一个中。然而，所述至少一个留空28也可以构造为靠近相应磁芯10的中间横向平面20。中间纵向平面18和/或中间横向平面20尤其可以延伸通过所述至少一个留空28。
图1至5的磁芯10中的每一个构造为关于其中间纵向平面18对称/镜像对称。在图1和2的实施方式中，磁芯10附加地构造为关于其中间横向平面20对称/镜像对称。在图3至5的实施方式中，每一个磁芯10构造为关于其中间横向平面20不对称。
在图1的实施方式中，各一个椭圆形留空28构造在两个端区段26中的每一个中。相应留空28的平行于中间纵向平面18地定向的纵向延展a1示例性地为芯长度I的六分之一。(优选地，所述至少一个留空28的纵向延展a1如此选择，使得所述纵向延展几乎不影响磁芯10的总质量并且仍然足够用于与所述至少一个留空28相邻的磁流的所期望的提高。)所述相应留空28的平行于中间横向平面20地定向的横向延展a2为芯宽度b的三分之一。这引起在磁芯10的内部存在的与留空28相邻的磁流浓缩/提高因子大约3/2。因此，通过所述至少一个留空28的纵向延展a1和横向延展a2可以确定与相应留空28相邻的磁流的所期望的提高。
图2示出磁芯10，所述磁芯在两个端区段26中的每一个中具有各两个留空28。借助于留空28数量的提高，能够在保持与相应留空28相邻的磁流的期望的所提高的情况下实现所述至少一个留空28的纵向延展a1的和横向延展a2的减小。
在图3和4的实施方式的每一个磁芯10的内部的(唯一)留空28具有(双尖齿的)冠形。为此，(远离中间横向平面20地定向的)缩细的突出部32沿着中间纵向平面18延伸到相应留空28中。在图3和4的实施方式中，在突出部32尖端处实现磁流的浓缩/提高。示例性地，突出部32在其伸入到相邻留空28中的尖端处具有30°的内角。然而，突出部32也可以在其尖端处具有其他内角。
在图3的实施方式中，留空28构造为如此靠近端面24，使得位于留空28与相邻端面24之间的材料具有相对小的层厚度(沿着中间纵向平面18)。与此相对，在图4的实施方式中留空28进一步与最接近的端面24间隔开，由此位于最接近的端面24与留空28之间的材料的层厚度(沿着中间纵向平面18)增加。
在图5的实施方式中，两个楔形留空28构造在仅仅一个端区段26中，而另一端区段26无留空地存在。两个楔形留空28的尖端朝中间横向平面20定向。优选地，两个楔形留空28的边界面平行于至少一个相邻的外面14地定向。两个楔形留空28的朝中间纵向平面18定向的边界面可以与中间纵向平面18成30°的倾斜角。
图6的实施方式具有一磁芯10，所述磁芯构造为关于其中间纵向平面18不对称。然而，图6的磁芯10构造为关于其重心S点对称。在图6中示出的磁芯10具有两个由球形留空28组成的行，所述两个行构造为在磁芯10的内部分别与中间纵向平面18错开。两个行中的第一行在中间横向平面20的第一侧上从中间横向平面20延伸直至磁芯10的位于该侧上的端区段26。相应地，两个行中的第二行在中间横向平面20的另一侧上由中间横向平面20延伸直至磁芯10的位于该侧上的端区段26。借助于留空28的行也可以局部提高/降低磁流。
在图7至9的实施方式中，所述至少一个具有关于其中间纵向平面18不对称的形状的磁芯10构造为在至少一个外面14上具有至少一个突出的区段34和/或具有至少一个缩回的区段36。借助于至少一个突出的区段34，如下部分区域可构造在相应磁芯10的内部，所述部分区域相比于在相应磁芯10的内部的邻接的相邻部分区域具有(显著)减小的磁流。与此相对，可以借助于至少一个缩回的区段36确保如下：相应磁芯10在其内部具有如下部分区域，所述部分区域相比于在相应磁芯10的内部的邻接的相邻部分区域具有(显著)提高的磁流。
在500μm至2000μm之间的芯长度I和在10μm至50μm之间芯宽度b的情况下，区段34和36可以例如平行于中间纵向平面18地具有至少一个在1μm至15μm之间的纵向延展和/或平行于中间横向平面20地具有至少一个在1μm至10μm之间的横向延展。然而应指出，在此所述的数值可仅仅示例性地解读。优选地，区段34和36的至少一个纵向延展大于区段34和36的至少一个横向延展。
区段34和36可以仅仅构造在磁芯10的一个部分区域的至少一个外面14上，其中，具有区段34和36的部分区域平行于中间纵向平面18地可以具有在磁芯10的芯长度I的十分之一至四分之三之间的延展。除了区段34和36之外，磁芯10在其外面14上还可以具有至少一个平滑的面38和/或至少一个包括显著更小的体积的拱出部/弯出部。
区段34和36也可以以网格的形式构造。例如所述网格可以具有与至少一个在相应磁芯10上构造的线圈的印制导线相同的节距。(在500μm至2000μm之间的芯长度I和在10μm至50μm之间的芯宽度b的情况下，节距可以例如位于5μm至20μm之间的范围中)。在微技术制造中，磁芯10的棱边可以以适合的形式对于相应的印制导线布置。有利的是，至少一个在相应磁芯10上构造的线圈的印制导线完全覆盖区域34和36的拱出部。由此可确保磁芯10的拓扑不引起分路。
至少一个突出的区段34例如可以具有棱边/角和/或构造为拱出部。相应地，至少一个缩回的区段36也可以具有棱边/角和/或拱入部。区段34和36因此例如可以以楔形、矩形、倒圆角的矩形、半圆形、半圆柱形和/或半椭圆形的形式构造。
在图7的磁芯10的情况下，区段34和36构造为具有棱边/角。可以看出，突出的区段34平行于中间纵向平面18具有第一纵向延展b1，所述第一纵向延展不等于缩回的区段36的平行于中间纵向平面18的第二纵向延展b2。然而，这可仅仅示例性地解读。
在图7的实施方式中，区段34和36构造在中间纵向平面18的两侧上。在中间纵向平面18的第二侧上的平滑/无错位的面38与构造在中间纵向平面18的第一侧上的区段34和36在中间纵向平面18上镜像地对置。相应地，在中间纵向平面18的第一侧上的平滑/无错位的面38同样与构造在中间纵向平面18的第二侧上的区段34和36在中间纵向平面18上镜像地对置。图7的具有关于中间纵向平面18不对称的形状的磁芯10尤其构造为关于其重心S点对称。
与此相对，在图8的实施方式中，具有关于中间纵向平面18不对称的形状的磁芯10构造为关于其中间横向平面20对称/镜像对称。为此，区段34和36仅仅构造在中间纵向平面18的第一侧上。
图9示出磁芯10的部分横截面。如图9中可以看出，仅仅在中间纵向平面18的第一侧上突出的区段34构造在磁芯10的外面14上。(图9的磁芯10因此关于其中间横向平面20对称/镜像对称)尤其突出的区段34形成为拱出部。
在图9的磁芯10内部存在的磁流密度由端区段26出发增加直至中间横向平面34。此外，与突出的区段34相邻地存在具有相比于相邻的相邻部分区域更小的磁流密度的部分区域。(箭头30的箭头尖端指向所述部分区域。)基于其不对称的形状，在图9的磁芯10内部存在的磁流的局部流降低关于中间纵向平面18不对称。如下更准确描述的那样，这有利于在中间纵向平面18的一侧上的畴壁运动。
图10和11的实施方式具有如下磁芯10，所述磁芯具有关于其中间纵向平面18不对称的磁均匀性。关于中间纵向平面不对称的磁均匀性通过材料分布的相应不对称性确保。为此，相应的磁芯10除了软磁材料12之外还包括至少一种另外的材料。除了软磁材料12之外在相应磁芯10中还包含的至少一种材料可以是至少一种另外的软磁材料和/或至少一种绝缘材料。优选地，至少一种另外的软磁材料和/或至少一种绝缘材料在相应磁芯10内部的分布是关于其中间纵向平面18不对称的。所述至少一种另外的软磁材料和/或至少一种绝缘材料也可以改写为至少一种降低饱和磁化的材料40和/或至少一种提高饱和磁化的材料42。
在图10和11的实施方式中，具有关于其中间纵向平面18不对称的磁均匀性的磁芯10也具有关于其中间横向平面20不对称的磁均匀性。此外，磁均匀性在两种实施方式中构造为关于相应磁芯10的重心S点对称。
在图10的实施方式中，磁芯10除了软磁材料12之外还具有至少一种降低饱和磁化的材料40。对于所述至少一种降低饱和磁化的材料40可以应用多种绝缘/非磁性材料和/或软磁材料。例如所述至少一种降低饱和磁化的材料可以是二氧化硅或氮化硅。
在图11的实施方式中，具有关于其中间纵向平面18不对称的磁均匀性的磁芯10除了软磁材料12之外还具有至少一种提高饱和磁化的材料42。例如，软磁材料12具有用于其饱和磁化的第一值，其中，所述至少一种提高饱和磁化的材料42具有作为饱和磁化的高于第一值的第二值。因此，多种成本有利并且可简单处理的材料可以用作所述至少一种提高饱和磁化的材料。
所述至少一种降低饱和磁化的材料40和/或所述至少一种提高饱和磁化的材料42例如可以在至少一个外面14的至少一个部分面上扩散到软磁材料12中。特别地，所述至少一种降低饱和磁化的材料40和/或所述至少一种提高饱和磁化的材料42可以在至少一个平行于中间纵向平面18(并且垂直于承载面16)地定向的侧面44a和44b的至少一个部分面上扩散到软磁材料12中。示例性地，材料40或42在图10和11的实施方式中通过位于中间纵向平面18的第一侧上的第一侧面44a的第一部分面并且通过位于中间纵向平面18的第二侧上的第二侧面44b的第二部分面扩散到软磁材料12中。第一部分面尤其由中间横向平面20延伸离开直至第一端区段26，而第二部分面由中间横向平面20延伸离开直至第二端区段26。材料40或42的扩散深度可以例如位于芯宽度b的十分之一与十分之九之间。
图1至11的所有上述实施方式可以构造为/用作磁力计部件、磁力计、罗盘部件或罗盘。图1至11的传感器装置因此可用于多种应用可能性。上述传感器装置尤其也可以用作磁通门(Fluxgates)。对于每一个要检查/要测量的磁场轴可以应用各一个具有分别一个磁芯10和所分配的至少一个线圈的测量元件。上述传感器装置中的每一个因此可以具有至少两个磁芯10，所述至少两个磁芯的相应中间纵向平面18倾斜地、尤其相互垂直地定向。每一个传感器装置尤其可以具有三个磁芯10，所述三个磁芯具有相互垂直地定向的中间纵向平面18。
磁芯10中的每一个(具有分别至少一个在其内部的留空28、关于其中间纵向平面18不对称的形状和/或具有分别一个关于其中间纵向平面18不对称的磁均匀性)在其内部具有如下部分区域，所述部分区域相比于在相应磁芯10的内部的邻接的相邻部分区域具有提高或减小的磁流。磁畴壁的、触发相应磁芯10的再磁化的传播运动因此在部分区域(具有相比于邻接的相邻部分区域提高或减小的磁流)内在能量上是有利的。(磁芯10的再磁化通过在外斯畴(Weiβschen Bezirken)之间的磁畴壁的移动实现。)部分区域因此(相对于邻接的相邻部分区域)对于再磁化较不稳定。
通常借助于磁芯10(以及其所分配的至少一个线圈)求取磁场分量的场强，所述磁场分量沿着磁芯10的敏感轴定向。磁芯10的敏感轴几乎仅仅位于中间纵向平面18内。大多情况下为了确定场强应用如下磁芯10，所述磁芯的结晶各向异性相对于其相应的中间纵向平面18以45°角存在。因此，结晶各向异性也对于磁芯10的敏感轴倾斜45°角地定向。这常规地导致：在(自发)再磁化期间可能出现具有不同畴壁运动(畴壁传播)的翻转机制(Umklappmechanismen)。例如畴壁运动可以对于中间横向平面20对称地、然而仅仅在中间纵向平面18的一侧上被触发。同样，畴壁运动可以对于重心S点对称地进行。在所述情况下，畴壁运动在中间纵向平面18的两侧上开始。因此根据现有技术，磁芯10的结晶各向异性限定用于不同畴壁运动(畴壁传播)的不同开始点。然而在现有技术中，翻转机制的差异性也引起沿敏感轴定向的场强的所求取的测量值的提高的噪声。
与此相对，在图1至11的磁芯10中的每一个中基于具有相比于在相应磁芯10的内部的邻接的相邻区域提高或减小的磁流的部分区域的构造而确保：畴壁的传播运动在部分区域中的再磁化开始时开始。因此确保：唯一的(占主导的)翻转机制以高概率地在相应磁芯10的每次再磁化时发生。通过这种方式降低在沿敏感轴定向的场强的确定测量值处出现的噪声。因此，借助于图1至11的磁芯10可以求取沿敏感轴定向的场强的更可靠的测量值。此外，畴壁的钉扎作用(例如在干扰位置上)在图1至11的磁芯10中显得不太重要。
图12示出用于阐明用于具有至少一个磁芯的传感器装置的制造方法的一种实施方式的流程图。
借助于此外描述的制造方法可以制造例如传感器装置的上述实施方式。然而应指出，制造方法的可执行性不限于这样的传感器装置的制造。
在方法步骤S1中，由至少一种软磁材料在至少一个所分配的承载面上形成至少一个磁芯。对于至少一个磁芯可分别限定一个中间纵向平面，所述中间纵向平面垂直于承载面地定向并且将相应的磁芯分为具有相同质量的两个半部。方法步骤S1如此实现，使得所述至少一个磁芯构造为在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量。为此，所述至少一个磁芯构造为在其内部具有至少一个留空、具有关于其中间纵向平面不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面不对称的磁均匀性。所述至少一个磁芯可以例如作为薄层沉积在至少一个所分配的承载面上。在方法步骤S1中也可以将至少两个磁芯同时或在至少两个单独的沉积过程(具有结晶各向异性的必要时不同的取向)中沉积。
在方法步骤S2中，在所述至少一个磁芯上、环绕所述至少一个磁芯和/或与所述至少一个磁芯相邻地布置或构造至少一个线圈。所述至少一个线圈可以例如通过微技术制造。
借助于方法步骤S1和S2制造的传感器装置可以构造为磁力计部件、磁力计、罗盘部件或罗盘。传感器装置尤其可以是磁通门。
方法步骤S1和S2的编号不规定其执行的时间顺序。因此可以以任意时间顺序或同时执行方法步骤S1和S2。也可以在多个子步骤(作为方法步骤S2)中构造至少一个线圈，其中，方法步骤S1可在两个子步骤之间执行。
图13示出用于阐明用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法的一种实施方式的流程图。
在方法步骤S10中，在至少一个磁芯中对于每一个空间方向生成一个交变磁场。相应的磁芯由至少一种软磁材料在其所分配的承载面上构造/形成并且在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量。主要确保这一点，只要所述至少一个磁芯在其内部具有至少一个留空、具有关于垂直于承载面16地定向的并且将相应磁芯10分为具有相同质量的两个半部的中间纵向平面不对称的形状和/或关于中间纵向平面不对称的磁均匀性。优选地，将相应的磁芯用于求取沿一个空间方向的场强，所述空间方向位于中间纵向平面中。例如可以在方法步骤S10中在图1至11的磁芯的至少一个中生成交变磁场。然而，方法步骤S10的可执行性不限于这样的磁芯的应用。
为了执行方法步骤S10可以应用至少一个第一线圈，所述至少一个第一线圈在至少一个磁芯上和/或与所述至少一个磁芯相邻地布置。优选地，所述至少一个第一线圈的绕组绕相应的空间方向延伸，对于所述空间方向应用分配给所述空间方向的磁芯。所述至少一个第一线圈也可以称为驱动线圈。为了执行方法步骤S10可以施加交流电压到至少一个第一线圈上。这引起：除了外部磁场——如例如地磁场——之外还在相应磁芯中存在所生成的交变磁场。如果外部磁场和所生成的交变磁场的叠加超过预给定的阈值，则这导致磁芯的自发再磁化。
在方法步骤S11——所述方法步骤在生成交变磁场期间(在至少一个磁芯中对于每一个空间方向)被执行——中，求取沿着相应的空间方向在相应磁芯的再磁化期间在相应磁芯中生成的交变场的交变场强。为了求取在相应磁芯中生成的交变场的交变场强，可以例如在方法步骤S11中探测如下时刻，在所述时刻发生磁芯的自发再磁化。为了识别磁芯的自发再磁化可以应用至少一个第二线圈，所述第二线圈在至少一个磁芯上和/或与所述至少一个磁芯相邻地布置。优选地，至少一个第二线圈的印制导线也环绕相应空间方向延伸，对于所述相应空间方向可求取磁场的场强。所述至少一个第二线圈也可称为探测线圈。通过翻转的时刻可以求取：哪个电压在磁芯的自发再磁化期间施加到所述至少一个第一线圈上。由该参量可以导出交变磁场的在相应磁芯中生成的交变场强。
在方法步骤S12中，将所求取的交变场强确定为沿相应空间方向的磁场的场强并输出。因此，沿相应空间方向的磁场的场强等于在磁芯的自发再磁化时刻在相应磁芯中生成的交变场的交变场强。
Claims (13)
1.一种传感器装置，其具有：布置在至少一个承载面(16)上的至少一个磁芯(10)，所述至少一个磁芯包括至少一种软磁材料(12)，其中，在所述至少一个磁芯(10)上、环绕所述至少一个磁芯(10)和/或与所述至少一个磁芯(10)相邻地布置有至少一个线圈，其中，所述至少一个磁芯(10)在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯(10)再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量，其中，对于所述至少一个磁芯(10)能够分别限定一个中间纵向平面(18)，所述中间纵向平面垂直于所述承载面(16)地定向并且将相应的磁芯(10)分为具有相同质量的两个半部，其中，所述至少一个磁芯(10)构造为在其内部具有至少一个留空(28)、具有关于其中间纵向平面(18)不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，在其内部具有至少一个留空(28)的所述至少一个磁芯(10)构造为关于其中间纵向平面(18)对称、和/或关于其垂直于其中间纵向平面(18)和其承载面(16)延伸的并且将相应的磁芯(10)分为具有相同质量的两个另外的半部的中间横向平面(20)不对称。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，在其内部具有至少一个留空(28)的所述至少一个磁芯(10)构造为关于其中间纵向平面(18)不对称和/或关于其重心(S)点对称。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的形状的所述至少一个磁芯(10)构造为在相应的磁芯(10)的至少一个外面(14)上具有至少一个突出的区段(34)和/或具有至少一个缩回的区段(36)。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的形状的所述至少一个磁芯(10)构造为关于其中间横向平面(20)对称。
6.根据权利要求4所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的形状的所述至少一个磁芯(10)构造为关于其重心(S)点对称。
7.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯(10)除了所述软磁材料(12)之外还包括至少一种降低饱和磁化的材料(40)。
8.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯(10)除了所述软磁材料(12)之外还包括至少一种提高饱和磁化的材料(42)。
9.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，具有关于中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性的所述至少一个磁芯(10)也具有关于其中间横向平面(20)不对称的磁均匀性和/或关于其重心(S)点对称的磁均匀性。
10.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，所述传感器装置是磁力计部件、磁力计、罗盘部件或罗盘。
11.一种用于具有至少一个磁芯(10)的传感器装置的制造方法，所述方法具有如下步骤：
由至少一种软磁材料(12)在至少一个所分配的承载面(16)上形成至少一个磁芯(10)(S1)；以及
在所述至少一个磁芯(10)上、环绕所述至少一个磁芯(10)和/或与所述至少一个磁芯(10)相邻地布置或构造至少一个线圈(S2)；
其中，所述至少一个磁芯(10)构造为在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯(10)的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量，其中，在所述至少一个所分配的承载面(16)上如此形成所述至少一个磁芯(10)，使得对于所述至少一个磁芯(10)能够分别限定一个垂直于其承载面(16)地定向并且将相应的磁芯(10)分为具有相同质量的两个半部的中间纵向平面(18)，其中，所述至少一个磁芯(10)构造为在其内部具有至少一个留空(28)、具有关于其中间纵向平面(18)不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，所述传感器装置构造为磁力计部件、磁力计、罗盘部件或罗盘。
13.一种用于求取沿至少一个空间方向的磁场的场强的方法，所述方法具有如下步骤：
在由至少一种软磁材料(12)构造的至少一个磁芯(10)中在其所分配的承载面(16)上对于每一个空间方向生成一个交变磁场，其中，相应磁芯(10)在其内部具有部分区域，借助于所述部分区域能够有针对性地局部控制相应磁芯(10)的再磁化的开始，其方式是，提高为了使磁畴壁传播而要施加的驱动能量(S10)，其中，在生成交变磁场期间求取沿着相应的空间方向在相应磁芯(10)的再磁化期间在相应磁芯(10)中生成的交变场的交变场强(S11)，并且将所求取的交变场强确定为沿相应空间方向的磁场的场强并输出(S12)，
其中，在所述至少一个所分配的承载面(16)上如此形成所述至少一个磁芯(10)，使得对于所述至少一个磁芯(10)能够分别限定一个垂直于其承载面(16)地定向并且将相应的磁芯(10)分为具有相同质量的两个半部的中间纵向平面(18)，及其中，所述至少一个磁芯(10)构造为在其内部具有至少一个留空(28)、具有关于其中间纵向平面(18)不对称的形状和/或具有关于其中间纵向平面(18)不对称的磁均匀性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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