WO2015067391A1 - Magnetische sensoreinrichtung und herstellungsverfahren für eine magnetische sensoreinrichtung - Google Patents

Magnetische sensoreinrichtung und herstellungsverfahren für eine magnetische sensoreinrichtung Download PDF

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WO2015067391A1
WO2015067391A1 PCT/EP2014/068976 EP2014068976W WO2015067391A1 WO 2015067391 A1 WO2015067391 A1 WO 2015067391A1 EP 2014068976 W EP2014068976 W EP 2014068976W WO 2015067391 A1 WO2015067391 A1 WO 2015067391A1
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WO
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core structure
magnetic core
longitudinal axis
central longitudinal
center
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PCT/EP2014/068976
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French (fr)
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Tamer Sinanoglu
Sevki Gencol
Christian Patak
Achim BREITLING
Arne Dannenberg
Volkmar Senz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0005—Geometrical arrangement of magnetic sensor elements; Apparatus combining different magnetic sensor types
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle

Definitions

  • the invention relates to a magnetic sensor device. Furthermore, the invention relates to a manufacturing method for a magnetic sensor device.
  • the fluxgate magnetometer which is used for example in a digital compass.
  • the fluxgate magnetometer which can also be labeled as a forester probe, has a drive coil and a detector coil, which are guided around a magnetic core.
  • the digital compass e.g. three fluxgate magnetometer aligned with each other so that the three central longitudinal axes of the magnetic cores are aligned perpendicular to each other.
  • the invention provides a magnetic sensor device having the features of patent claim 1 and a manufacturing method for a magnetic sensor device having the features of patent claim 10.
  • the present invention makes it possible to measure at least two magnetic field components of a magnetic field oriented perpendicular to one another in an arrangement of the coils used for this purpose and (almost) without interference
  • Magnetic core structures in a comparatively small volume In particular, by means of the present invention, a disturbing influence of an uncontrolled
  • Umklappens or an uncontrolled orientation of a magnetization of a passive measuring element to a measured value of an active measuring element can be prevented. Due to the interference effects of the measuring elements on each other that can be reduced / eliminated by means of the present invention, the magnetic core structures of the measuring elements can be placed closer to one another. This allows a miniaturization of the magnetic sensor device according to the invention despite its formation for detecting at least two mutually perpendicularly aligned
  • the present invention thus reduces the manufacturing cost of manufacturing a magnetic sensor device.
  • Sensor device a lighter education of this. Furthermore, by means of the miniaturization of the magnetic sensor device, its space requirement can be significantly reduced, whereby an applicability of the magnetic sensor device is increased. For example, the magnetic sensor device due to their low space requirement and their light weight in a mobile
  • Communication device such as a smartphone
  • the magnetic sensor device according to the invention can likewise be used in a large number of other devices.
  • the second magnetic core structure is arranged relative to the first magnetic core structure such that the second central longitudinal axis is aligned in a direction perpendicular to the first center longitudinal axis and the first
  • Magnetic core structures can thus be formed in a T-structure. This also allows a one-piece design of the two magnetic core structures.
  • the second magnetic core structure may be arranged to the first magnetic core structure such that the second center longitudinal axis extends through the first center of gravity of the first magnetic core structure. This allows an extra
  • the magnetic comprises
  • the magnetic sensor device still aligned along a third central longitudinal axis third magnetic core structure having at least a third coil, wherein the windings of the at least one third coil extend around the third central longitudinal axis of the third magnetic core structure, and wherein the third central longitudinal axis is aligned perpendicular to the first central longitudinal axis and perpendicular to the second central longitudinal axis.
  • the magnetic sensor device can thus also be designed to determine magnetic field components in all spatial directions.
  • the third magnetic core structure is arranged to the first magnetic core structure and the second magnetic core structure such that a distance of the third magnetic core structure to the first center of gravity of the first magnetic core structure is less than 20% of the maximum extent of the first magnetic core structure along the first center longitudinal axis and / or a distance of the third Magnetic core structure to a second center of gravity of the second magnetic core structure is less than 20% of a maximum extension of the second magnetic core structure along the second central longitudinal axis.
  • a third measuring element formed at least from the third magnetic core structure and the at least one third coil carries out the operation by means of the at least one first coil
  • Measurements and / or performed by the at least one second coil measurements hardly / not affected.
  • the first measuring element formed at least from the first magnetic core structure and the at least one first coil and / or the second measuring element formed from the at least one second magnetic core structure and the at least one second coil carry the means configured by the at least one third coil Not / hardly affect measurements.
  • the third magnetic core structure may also be arranged relative to the first magnetic core structure and the second magnetic core structure such that a distance of the first magnetic core structure to a third center of gravity of the third magnetic core structure is less than 20% of a maximum extent of the third magnetic core structure along the third center longitudinal axis and / or a
  • the third magnetic core structure may be arranged relative to the first magnetic core structure and the second magnetic core structure such that the third center longitudinal axis is aligned in a direction perpendicular to the first center longitudinal axis and the first
  • Center of gravity of the first magnetic core structure comprehensive level or in a direction perpendicular to the second central longitudinal axis and the second
  • the third magnetic core structure may be the first
  • Magnet core structure and the second magnetic core structure may be arranged such that the third central longitudinal axis through the first center of gravity of the first
  • Magnetic core structure or the second center of gravity of the second magnetic core structure extends.
  • the three magnetic core structures can be arranged in a comparatively small volume in all cases described here.
  • At least one drive coil and / or at least one detector coil as the at least one coil
  • the magnetic sensor device according to the invention can thus also be designed as a fluxgate.
  • the manufacturing process is according to the various
  • Embodiments of the magnetic sensor device can be further developed.
  • FIG. 1 a and 1 b are schematic representations of a first embodiment of the
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the magnetic sensor device; and 3 is a flowchart for explaining an embodiment of the invention
  • FIGS. 1 a and 1 b show schematic representations of a first embodiment of the magnetic sensor device.
  • the magnetic sensor device schematically illustrated in FIGS. 1 a and 1 b has a first magnetic core structure 12 aligned along a first central longitudinal axis 10 and a second magnetic core structure 16 extending from a first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 along a second central longitudinal axis 14 to a second end surface 16b of the second magnetic core structure 16 extends.
  • Each of the magnetic core structures 12 and 16 is provided with at least one (schematically
  • the coils of the at least one first coil 18 of the first magnetic core structure 12 run around the first center longitudinal axis 10 and the turns of the at least one second coil 20 of the second magnetic core structure 16 run around the second center longitudinal axis 14.
  • one drive coil and one detector coil each can be arranged / formed on the magnetic core structures 12 and 16.
  • a magnetic core structure 12 and 16 may also have a plurality of drive coils and / or a plurality of detector coils.
  • the first magnetic core structure 12 with the at least one first coil 18 can be used as a first measuring element.
  • the second is the same
  • Magnetic core structure 16 with the at least one second coil 20 can be used as a second measuring element. Due to the formation of the turns of the at least one first coil 18, a detection direction of the at least one first coil 18 / of the first measuring element lies on the first central longitudinal axis 10.
  • the second central longitudinal axis 14 indicates a detection direction of the at least one second coil 20 / of the second
  • the first end surface 16a and the second end surface 16b may each be understood to mean an area of mass points of the second magnetic core structure 16 which is farthest apart along the second center longitudinal axis 14 from a (not shown) second center of gravity of the second magnetic core structure 16 lie.
  • the mass points at one end of the second magnetic core structure 16 may be designated whose projection onto the second center longitudinal axis 14 is a first greatest distance from a projection of the second center of gravity of the second magnetic core structure 16 onto the second one
  • Center longitudinal axis 14 have.
  • the ground points at another end of the second magnetic core structure 16 can be labeled whose projection onto the second center longitudinal axis 14 has a second greatest distance from the projection of the second center of gravity of the second magnetic core structure 16 onto the second center longitudinal axis 14. (The first largest distance and the second largest distance may be equal or unequal.)
  • the first end surface 16 a and the second end surface 16 b may thus also be referred to as an outer or end surface of the second magnetic core structure 16.
  • first end face 16 a and / or the second end face 16 b may be aligned perpendicular to the second center longitudinal axis 14. Under the first
  • End surface 16a is hereinafter understood the surface, which of the two
  • Magnetic core structure 12 is located.
  • the second magnetic core structure 16 is arranged relative to the first magnetic core structure 12 such that the second center longitudinal axis 14 lies in a plane aligned perpendicular to the first center longitudinal axis 10.
  • Magnetic core structure 12 smaller than 20% of a maximum extent L1 of the first magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10. The distance a1 of the first
  • End surface 16a of the second magnetic core structure 16 is a minimum distance of all points of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12. It is expressly understood that the distance a1 of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 is not
  • Magnetic core structure 12 defined. Below the maximum extent L1 of the first
  • Magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10 may be understood to mean a length at which the first magnetic core structure 12 extends along the first longitudinal axis 10 Ma.
  • FIG. 1 a shows at least partially first field lines 22 of a first magnetic field, which can be effected by energizing at least one of the at least one first coil 18 or can be generated by the first measuring element.
  • FIG. 1 b shows second field lines 24 of a second magnetic field which can be effected by energizing at least one of the at least one second coil 20 or by the second measuring element.
  • the first field lines 22 of the first magnetic field shown in FIG. 1 a are aligned within a volume of the second magnetic core structure 16 (nearly) perpendicular to the second center longitudinal axis 14.
  • the first field lines 22 of the first magnetic field are aligned within a volume of the second magnetic core structure 16 (nearly) perpendicular to the second center longitudinal axis 14.
  • Magnetic field in the volume of the first magnetic core structure 12 (substantially) aligned orthogonal to the detection direction of the at least one second coil 20.
  • volume of the first magnetic core structure 12 are (nearly) orthogonal to the detection direction of the second measuring element.
  • the first magnetic field (as an interference field) does not affect the measurements carried out by means of the at least one second coil 20. This can also be described by the fact that the effective interference field caused by the first measuring element on the at least one second coil 20 is (almost) zero.
  • the second field lines 24 of the second magnetic field have non-zero components aligned in a volume of the first magnetic core structure 12 parallel to the first center longitudinal axis 10.
  • the components oriented parallel to the first central longitudinal axis 10 are located inside the first magnetic core structure 12 over the entire maximum extent L1 (in FIG. 1 b) (in FIG. 1 b).
  • Measuring element is applied to the first measuring element, (nearly) zero.
  • the second magnetic core structure 16 is arranged in the area marked by hatching 26 in FIG. 1 a, wherein a distance between the first
  • Center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 and the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 would be approximately equal to half the maximum extension L1 of the first magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10, the first sensing element would exert a significant interference field on the second sensing element in the hatched area 26 has notMitenderde magnetic field components.
  • Magnetic core structures 12 and 16 to each other the advantage that a caused by the first magnetic core structure 12 and the at least one first coil 18 magnetic field (almost) no magnetic field components along the second central longitudinal axis 14 in the volume of the second magnetic core structure 16 has (see Fig. 1a).
  • Magnetic core structure 12 (essentially) out.
  • the second magnetic core structure 16 may in particular be arranged relative to the first magnetic core structure 12 such that the distance a1 between the first end face 16a of the second magnetic core structure 16 and the first center of gravity S1 is less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%. , the maximum
  • Extension L1 of the first magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10 is.
  • the magnetic core structures 12 and 16 may be arranged to contact each other, that is, the distance a1 between the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 and the first center of gravity S1 may be equal to half the width of the first magnetic core structure 12 (at least at the contact region of the second magnetic core structure 12) Magnetic core structure 16). In this way, the impairment of measurements due to interference fields can be further reduced.
  • the magnetic core structures 10 and 16 may each be integrally formed. It should be noted, however, that the term "magnetic core structure” 12 and 16 can also be understood to mean a structure composed of a plurality of magnetic cores 14. Thus, the magnetic core structures 12 and 16 can be manufactured with a great freedom of design b, the second magnetic core structure 16 is also arranged to the first magnetic core structure 12 that the second
  • Center longitudinal axis 14 is aligned in a direction perpendicular to the first central longitudinal axis 10 and the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 comprehensive level. This ensures a symmetry of the second magnetic field lines 24 with respect to the plane aligned perpendicular to the first central longitudinal axis 10 and comprising the first center of gravity S1, which causes a dislocation of the second field lines 24 in the volume of the first magnetic core structure 12.
  • the central longitudinal axes 10 and 14 can lie in a (further) common plane.
  • the second center longitudinal axis 14 can extend through the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12. This also ensures advantageous interference field-free measurements.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the magnetic sensor device.
  • the magnetic sensor device shown schematically in FIG. 2 has the magnetic core structures 12 and 16 with their coils 18 and 20 already described above.
  • the second magnetic core structure 16 is arranged relative to the first magnetic core structure 12 such that the second center longitudinal axis 14 lies in a plane aligned perpendicular to the first center longitudinal axis 10.
  • Embodiment of Fig. 2 protrudes the second central longitudinal axis 14 perpendicular to the
  • a distance a2 (of all points) of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 is less than 20% of a maximum Extension L1 of the first magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10. It is again pointed out that the distance a2 of the first end face 16a of the second magnetic core structure 16 is not an average, but is a minimum of the distances of all points of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12.
  • the embodiment of FIG. 2 additionally comprises, in addition to the components 12, 16, 18 and 20, a third aligned along a third center longitudinal axis 30
  • Magnetic core structure 32 with at least one third coil 34.
  • the third central longitudinal axis 30 is perpendicular to the first central longitudinal axis 10 and perpendicular to the second
  • Center longitudinal axis 14 aligned.
  • the turns of the at least one third coil 34 extend around the third center longitudinal axis 30 of the third magnetic core structure 32.
  • At least one drive coil and / or at least one detector coil may be used as the at least one third coil 34 on the third magnetic core structure 32
  • the third magnetic core structure 32 with the at least one third coil 34 can thus be labeled as a third measuring element.
  • the third magnetic core structure 32 is so to the first
  • Magnetic core structure 12 and the second magnetic core structure 16 arranged that a distance of the third magnetic core structure 32 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 is less than 20% of the maximum extent L1 of the first
  • Magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10 and / or a distance of the third magnetic core structure 32 to a second center of gravity of the second
  • Magnetic core structure 16 is less than 20% of a maximum extent of the second
  • Magnetic core structure 16 along the second central longitudinal axis 14 is.
  • Magnetic core structure 12 (or to the second center of gravity of the second
  • Magnetic core structure 16 may in particular less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, the maximum extent L1 of the first magnetic core structure 12 along the first central longitudinal axis 10 (or the maximum extent of the second magnetic core structure 16 along the second central longitudinal axis 14). (In this case, the distance of the third magnetic core structure 32 is the minimum distance of all ground points of the third magnetic core structure 32.)
  • the third magnetic core structure 32 may be disposed to the first magnetic core structure 12 and the second magnetic core structure 16 so that a distance of the first magnetic core structure 12 to a third center of gravity S3 of the third magnetic core structure 32 is less than 20% of a maximum extension L3 of the third magnetic core structure 32 along the third center longitudinal axis 30 and / or a distance of the second magnetic core structure 16 to the third center of gravity S3 of the third magnetic core structure 32 is less than 20% of the maximum extent L3 of the third magnetic core structure 32 along the third center longitudinal axis 30.
  • the distance between the first magnetic core structure 12 (or the distance between the second magnetic core structure 16) and the third center of gravity S3 of the third magnetic core structure 32 can be less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, of the maximum extent L3 of FIG third magnetic core structure 32 along the third central longitudinal axis 30 be. (In this case, the distance of the first magnetic core structure 12 / the second magnetic core structure 16 is the minimum distance of all ground points of the first magnetic core structure 12 / the second magnetic core structure 16.)
  • Magnetic core structure 12 and the third magnetic core structure 32 arranged / formed in a cross-structure so that their central longitudinal axes 10 and 30 lie in a common plane.
  • a distance of the third magnetic core structure 32 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 is thus equal to zero.
  • a distance of the first magnetic core structure 12 to the third center of gravity S3 of the third magnetic core structure 32 is also zero.
  • the two center of gravity S1 and S3 may coincide.
  • Arranging the two magnetic core structures 12 and 32 their materials can be sequentially deposited such that a central magnetic core region 36 divided by the two magnetic core structures 12 and 32 is formed, to which the two remaining magnet core structures are connected independently.
  • the advantageous arrangement of the magnetic core structures 12 and 32 of FIG. 2 causes an interference field of the at least one first coil 18 within the volume of the third
  • Magnetic core structure 32 is aligned orthogonal to the central longitudinal axis 30, while an effected by means of at least one of the at least one third coil third magnetic field (not shown) has third field lines in the volume of the first
  • Magnetic core structure 12 perpendicular to the first central longitudinal axis 10 extend.
  • the second magnetic core structure 16 is arranged, for example, to the other magnetic core structures 12 and 32 such that the first end surface 16 a of the second magnetic core structure 16 in one of the first center longitudinal axis 10 and the third
  • Magnetic core structure 12 can be seen with reference to FIGS. 1a and 1b. Due to the perpendicular orientation of the third magnetic core structure 32 to the first central longitudinal axis 10 and the close arrangement of the third magnetic core structure 32 at the first
  • Magnetic core structure 12 the same advantages are ensured for the magnetic core structures 16 and 32.
  • the coils 18, 20 and 34 may be separately contacted / energized and / or connected in series.
  • the at least one drive coil may e.g. be designed so that by means of energizing the at least one drive coil, a magnetic field at least locally in the magnetic core structure 12, 16 or 32 of the respective drive coil can be effected.
  • the at least one drive coil can in particular with a
  • AC signal can be energized. Due to a superposition of the magnetic field produced in the respective magnetic core structure 12, 16 and 32 with a further magnetic field, such as the earth magnetic field, a spontaneous remagnetization of the respective magnetic core structure 12, 16 and 32 may occur. By means of a voltage induced in the at least one detector coil, the spontaneous remagnetization of the magnetic core structure 12, 16 and 32 can be detectable. Subsequently, by a
  • a field strength of the additional magnetic field can be determined.
  • the (minimum) distance (of all points) of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 to the first center of gravity S1 of the first magnetic core structure 12 is indicated by a1 or a2.
  • a1 or a2 the distance of the first end surface 16a of the second magnetic core structure 16 to the first center of gravity S1
  • a distance a1 a center of the first end face 16a see Fig. 1a
  • distance a2 a corner of the first end face 16a see Fig. 2
  • the examples given here are not intended to be limiting.
  • FIG. 3 is a flow chart for explaining an embodiment of the present invention
  • Manufacturing method for a magnetic sensor device The manufacturing method described below is suitable for the production of all embodiments described above. It should be noted, however, that the feasibility of the manufacturing process does not depend on producing such
  • a first magnetic core structure having at least one first coil along a first central longitudinal axis is aligned such that the windings of the at least one first coil are aligned around the first
  • second magnetic core structure having at least a second coil along a
  • step S2 is performed so that the second magnetic core structure extends from a first end surface of the second magnetic core structure along the second center longitudinal axis to a second end surface of the second magnetic core structure, and the walls of the second magnetic core structure
  • Magnetic core structure run. (Definitions for the first endface and the second
  • Method steps S1 and S2 ensure that the second magnetic core structure is arranged to the first magnetic core structure such that a distance of the first
  • Magnetic core structure less than 20% of a maximum extent of the first
  • Magnetic core structure along the first central longitudinal axis is.
  • the method steps S1 and S2 can be carried out in any order or simultaneously. In an advantageous development can still a third
  • Magnet core structure are added with at least a third coil, wherein the Windings of the at least one third coil extend around a third center longitudinal axis of the third magnetic core structure.
  • the third center longitudinal axis of the third magnetic core structure becomes perpendicular to the first center longitudinal axis and perpendicular to the second

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetische Sensoreinrichtung mit einer entlang einer ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten ersten Magnetkernstruktur (12) mit mindestens einer ersten Spule (18), und einer zweiten Magnetkernstruktur (16) mit mindestens einer zweiten Spule (20), wobei sich die zweite Magnetkernstruktur (16) von einer ersten Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) entlang einer zweiten Mittellängsachse (14) zu einer zweiten Endfläche (16b) der zweiten Magnetkernstruktur (16) erstreckt, wobei die zweite Mittellängsachse (14) in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten Ebene liegt, und wobei die zweite Magnetkernstruktur (16) zu der ersten Magnetkernstruktur (12) so angeordnet ist, dass ein Abstand (a1) der ersten Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) zu einem ersten Schwerpunkt (S1) der ersten Magnetkernstruktur (12) kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung (L1) der ersten Magnetkernstruktur (12) entlang der ersten Mittellängsachse (10) ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine magnetische Sensoreinrichtung.

Description

Beschreibung Titel
Magnetische Sensoreinrichtung und Herstellungsverfahren für eine magnetische
Sensoreinrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetische Sensoreinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine magnetische Sensoreinrichtung.
Stand der Technik
Bekannt ist ein Fluxgate-Magnetometer, welches beispielsweise in einem digitalen Kompass eingesetzt ist. Das auch als eine Förster-Sonde bezeichenbare Fluxgate- Magnetometer weist eine Antriebsspule und eine Detektorspule auf, welche um einen Magnetkern geführt sind. In dem digitalen Kompass sind z.B. drei Fluxgate-Magnetometer so zueinander ausgerichtet, dass die drei Mittellängsachsen der Magnetkerne senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine magnetische Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für eine magnetische Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine (nahezu) querbeeinflussungsfreie Messung von mindestens zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Magnetfeldkomponenten eines Magnetfelds bei einer Anordnung der dazu eingesetzten Spulen und
Magnetkernstrukturen in einem vergleichsweise kleinen Volumen. Insbesondere können mittels der vorliegenden Erfindung ein störender Einfluss eines unkontrollierten
Umklappens, bzw. einer unkontrollierten Orientierung einer Magnetisierungsrichtung eines passiven Messelements auf einen Messwert eines aktiven Messelements verhindert werden. Aufgrund der mittels der vorliegenden Erfindung verringerbaren/behebbaren Störeinflüsse der Messelemente aufeinander können die Magnetkernstrukturen der Messelemente näher aneinander platziert werden. Dies erlaubt eine Miniaturisierung der erfindungsgemäßen magnetischen Sensoreinrichtung trotz deren Ausbildung zum Detektieren von mindestens zwei zueinander senkrecht ausgerichteten
Magnetfeldkomponenten.
Aufgrund der Miniaturisierung können mehr magnetische Sensoreinrichtungen auf einem als gemeinsames Ausgangsmaterial genutzten Wafer hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung reduziert somit die Herstellungskosten zum Herstellen einer magnetischen Sensoreinrichtung. Außerdem erlaubt die Miniaturisierung der magnetischen
Sensoreinrichtung eine leichtere Ausbildung von dieser. Des Weiteren lässt sich mittels der Miniaturisierung der magnetischen Sensoreinrichtung deren Bauraumbedarf signifikant reduzieren, wodurch eine Einsetzbarkeit der magnetischen Sensoreinrichtung gesteigert wird. Beispielsweise kann die magnetische Sensoreinrichtung aufgrund ihres geringen Bauraumbedarfs und ihres leichten Gewichts in einem mobilen
Kommunikationsgerät, wie beispielsweise einem Smartphone, vorteilhaft eingesetzt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße magnetische Sensoreinrichtung in einer Vielzahl von weiteren Geräten ebenso einsetzbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Magnetkernstruktur zu der ersten Magnetkernstruktur so angeordnet, dass die zweite Mittellängsachse in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse ausgerichteten und den ersten
Schwerpunkt der ersten Magnetkernstruktur umfassenden Ebene liegt. Die beiden
Magnetkernstrukturen können somit in einer T-Struktur ausgebildet werden. Dies erlaubt auch eine einteilige Ausbildung der beiden Magnetkernstrukturen.
Außerdem kann die zweite Magnetkernstruktur zu der ersten Magnetkernstruktur so angeordnet sein, dass die zweite Mittellängsachse durch den ersten Schwerpunkt der ersten Magnetkernstruktur verläuft. Dies erlaubt eine zusätzliche
Miniaturisierung der magnetischen Sensoreinrichtung, wodurch deren
Bauraumbedarf weiter reduziert wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die magnetische
Sensoreinrichtung noch eine entlang einer dritten Mittellängsachse ausgerichtete dritte Magnetkernstruktur mit mindestens einer dritten Spule, wobei die Windungen der mindestens einen dritten Spule um die dritte Mittellängsachse der dritten Magnetkernstruktur verlaufen, und wobei die dritte Mittellängsachse senkrecht zu der ersten Mittellängsachse und senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse ausgerichtet ist. Die magnetische Sensoreinrichtung kann somit auch zum Ermitteln von Magnetfeldkomponenten in allen Raumrichtungen ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die dritte Magnetkernstruktur so zu der ersten Magnetkernstruktur und der zweiten Magnetkernstruktur angeordnet, dass ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur zu dem ersten Schwerpunkt der ersten Magnetkernstruktur kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung der ersten Magnetkernstruktur entlang der ersten Mittellängsachse und/oder ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur zu einem zweiten Schwerpunkt der zweiten Magnetkernstruktur kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung der zweiten Magnetkernstruktur entlang der zweiten Mittellängsachse ist. Auf diese Weise ist gewährleistbar, dass ein zumindest aus der dritten Magnetkernstruktur und der mindestens einen dritten Spule gebildetes drittes Messelement die mittels der mindestens einen ersten Spule ausgeführten
Messungen und/oder die mittels der mindestens einen zweiten Spule ausgeführten Messungen kaum/nicht beeinträchtigt. Ebenso ist auf diese Weise sicherstellbar, dass das zumindest aus der ersten Magnetkernstruktur und der mindestens einen ersten Spule gebildete erste Messelement und/oder das aus der mindestens einen zweiten Magnetkernstruktur und der mindestens einen zweiten Spule gebildete zweite Messelement die mittels der mindestens einen dritten Spule ausgeführten Messungen nicht/kaum beeinträchtigen.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann auch die dritte Magnetkernstruktur so zu der ersten Magnetkernstruktur und der zweiten Magnetkernstruktur angeordnet sein, dass ein Abstand der ersten Magnetkernstruktur zu einem dritten Schwerpunkt der dritten Magnetkernstruktur kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung der dritten Magnetkernstruktur entlang der dritten Mittellängsachse und/oder ein
Abstand der zweiten Magnetkernstruktur zu dem dritten Schwerpunkt der dritten Magnetkernstruktur kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung der dritten
Magnetkernstruktur entlang der dritten Mittellängsachse ist. Auch auf diese Weise sind die in dem vorausgehenden Absatz beschriebenen Vorteile realisierbar. Ebenso kann die dritte Magnetkernstruktur so zu der ersten Magnetkernstruktur und der zweiten Magnetkernstruktur angeordnet sein, dass die dritte Mittellängsachse in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse ausgerichteten und den ersten
Schwerpunkt der ersten Magnetkernstruktur umfassenden Ebene oder in einer senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse ausgerichteten und den zweiten
Schwerpunkt der zweiten Magnetkernstruktur umfassenden Ebene liegt.
Insbesondere kann die dritte Magnetkernstruktur so zu der ersten
Magnetkernstruktur und der zweiten Magnetkernstruktur angeordnet sein, dass die dritte Mittellängsachse durch den ersten Schwerpunkt der ersten
Magnetkernstruktur oder den zweiten Schwerpunkt der zweiten Magnetkernstruktur verläuft. Die drei Magnetkernstrukturen können in allen hier beschriebenen Fällen in einem vergleichsweise kleinen Volumen angeordnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens eine Antriebsspule und/oder mindestens eine Detektorspule als die mindestens eine Spule an
mindestens einer der mindestens zwei Magnetkernstrukturen angeordnet. Die erfindungsgemäße magnetische Sensoreinrichtung kann somit auch als FluxGate ausgebildet werden. Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen eines
entsprechenden Herstellungsverfahrens für eine magnetische Sensoreinrichtung gewährleistet. Das Herstellungsverfahren ist gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen der magnetischen Sensoreinrichtung weiterbildbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a und 1 b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der
magnetischen Sensoreinrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der magnetischen Sensoreinrichtung; und Fig. 3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für eine magnetische Sensoreinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 a und 1 b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der magnetischen Sensoreinrichtung. Die in Fig. 1 a und 1 b schematisch dargestellte magnetische Sensoreinrichtung weist eine entlang einer ersten Mittellängsachse 10 ausgerichtete erste Magnetkernstruktur 12 und eine zweite Magnetkernstruktur 16, welche sich von einer ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 entlang einer zweiten Mittellängsachse 14 zu einer zweiten Endfläche 16b der zweiten Magnetkernstruktur 16 erstreckt, auf. Jede der Magnetkernstrukturen 12 und 16 ist mit mindestens einer (schematisch
wiedergegebenen) Spule 18 und 20 ausgebildet, wobei die Windungen der mindestens einen ersten Spule 18 der ersten Magnetkernstruktur 12 um die erste Mittellängsachse 10 verlaufen und die Windungen der mindestens einen zweiten Spule 20 der zweiten Magnetkernstruktur 16 um die zweite Mittellängsachse 14 verlaufen. Beispielsweise können je eine Antriebsspule und je eine Detektorspule auf den Magnetkernstrukturen 12 und 16 angeordnet/ausgebildet sein. Eine Magnetkernstruktur 12 und 16 kann jedoch auch mehrere Antriebsspulen und/oder mehrere Detektorspulen aufweisen.
Die erste Magnetkernstruktur 12 mit der mindestens einen ersten Spule 18 kann als ein erstes Messelement eingesetzt werden. Entsprechend ist auch die zweite
Magnetkernstruktur 16 mit der mindestens einen zweiten Spule 20 als ein zweites Messelement einsetzbar. Aufgrund der Ausbildung der Windungen der mindestens einen ersten Spule 18 liegt eine Detektionsrichtung der mindestens einen ersten Spule 18/des ersten Messelements auf der ersten Mittellängsachse 10. Die zweite Mittellängsachse 14 gibt eine Detektionsrichtung der mindestens einen zweiten Spule 20/des zweiten
Messelements wieder.
Unter der ersten Endfläche 16a und der zweiten Endfläche 16b können jeweils eine Fläche von Massenpunkten der zweiten Magnetkernstruktur 16 verstanden werden, welche entlang der zweiten Mittellängsachse 14 am weitesten beabstandet von einem (nicht skizzierten) zweiten Schwerpunkt/Mittelpunkt der zweiten Magnetkernstruktur 16 liegen. Als die erste Endfläche 16a können somit die Massenpunkte an einem Ende der zweiten Magnetkernstruktur 16 bezeichnet werden, deren Projektion auf die zweite Mittellängsachse 14 einen ersten größten Abstand zu einer Projektion des zweiten Schwerpunkts/Mittelpunkts der zweiten Magnetkernstruktur 16 auf die zweite
Mittellängsachse 14 aufweisen. Entsprechend sind mit der zweiten Endfläche 16b die Massenpunkte an einem anderen Ende der zweiten Magnetkernstruktur 16 bezeichenbar, deren Projektion auf die zweite Mittellängsachse 14 einen zweiten größten Abstand zu der Projektion des zweiten Schwerpunkts/Mittelpunkts der zweiten Magnetkernstruktur 16 auf die zweite Mittellängsachse 14 aufweisen. (Der erste größte Abstand und der zweite größte Abstand können gleich oder ungleich sein.)
Die erste Endfläche 16a und die zweite Endfläche 16b können somit auch als jeweils eine Außen- oder Stirnfläche der zweiten Magnetkernstruktur 16 bezeichnet werden.
Insbesondere können die erste Endfläche 16a und/oder die zweite Endfläche 16b senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse 14 ausgerichtet sein. Unter der ersten
Endfläche 16a wird nachfolgend die Fläche verstanden, welche von den beiden
Endflächen 16a und 16b näher an einem ersten Schwerpunkt S1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 liegt. Die zweite Magnetkernstruktur 16 ist so zu der ersten Magnetkernstruktur 12 angeordnet, dass die zweite Mittellängsachse 14 in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten Ebene liegt. Außerdem ist ein Abstand a1 der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung L1 der ersten Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10. Der Abstand a1 der ersten
Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 ist eine minimale Distanz aller Punkte der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Abstand a1 der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 keinen
Mittelwert, sondern ein Minimum der Distanzen aller Punkte der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 definiert. Unter der maximalen Ausdehnung L1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10 kann eine Länge verstanden werden, mit welcher sich die erste Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten M ittel längsachse 10 erstreckt. Die Vorteile, welche sich aus der in dem vorausgehenden Absatz beschriebenen
Anordnung der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu der ersten Magnetkernstruktur 12 ergeben, sind in Fig. 1a und 1 b schematisch dargestellt. Dazu zeigt Fig. 1a zumindest teilweise erste Feldlinien 22 eines ersten Magnetfelds, welches mittels eines Bestromens mindestens einer der mindestens einen ersten Spule 18 bewirkbar ist bzw. durch das erste Messelement erzeugbar ist. In Fig. 1 b sind zweite Feldlinien 24 eines zweiten Magnetfelds dargestellt, welches bewirkbar ist durch ein Bestromen mindestens einer der mindestens einen zweiten Spule 20, bzw. durch das zweite Messelement. Die in Fig. 1 a dargestellten ersten Feldlinien 22 des ersten Magnetfelds sind innerhalb eines Volumens der zweiten Magnetkernstruktur 16 (nahezu) senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse 14 ausgerichtet. Somit sind die ersten Feldlinien 22 des ersten
Magnetfelds im Volumen der ersten Magnetkernstruktur 12 (im Wesentlichen) orthogonal zu der Detektionsrichtung der mindestens einen zweiten Spule 20 ausgerichtet. Man kann dies auch so umschreiben, dass die ersten Feldlinien 22 des ersten Magnetfelds im
Volumen der ersten Magnetkernstruktur 12 (nahezu) orthogonal zu der Detektionsrichtung des zweiten Messelements liegen. Somit beeinträchtigt das erste Magnetfeld (als Störfeld) mittels der mindestens einen zweiten Spule 20 ausgeführte Messungen nicht/kaum. Man kann dies auch damit umschreiben, dass das durch das erste Messelement auf die mindestens eine zweite Spule 20 bewirkte effektive Störfeld (nahezu) Null beträgt.
Wie anhand von Fig. 1 b erkennbar ist, haben die zweiten Feldlinien 24 des zweiten Magnetfeldes in einem Volumen der ersten Magnetkernstruktur 12 parallel zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichtete Komponenten ungleich Null. Allerdings mittein sich die parallel zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten Komponenten im Inneren der ersten Magnetkernstruktur 12 über die gesamte maximale Ausdehnung L1 (im
Wesentlichen) heraus. Eine Bildung eines Mittelwerts des zweiten Magnetfelds in der ersten Magnetkernstruktur 12 über die maximale Ausdehnung L1 ergibt somit (nahezu) Null. Damit ist auch der Einfluss des zweiten Magnetfelds (als Störfeld) auf mittels der mindestens einen ersten Spule 18 ausgeführte Messungen vernachlässigbar. Man kann dies auch so umschreiben, dass das effektive Störfeld, welches von dem zweiten
Messelement auf das erste Messelement ausgeübt wird, (nahezu) Null beträgt.
Die vorteilhafte Anordnung der Magnetkernstrukturen 12 und 16 zueinander, wobei der Abstand a1 der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 zumindest kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung L1 ist, bewirkt somit, dass weder das erste Messelement ein Störfeld auf das zweite Messelement ausübt noch das zweite Messelement ein Störfeld auf das erste Messelement bewirkt. Stattdessen sind Störeinflüsse der Messelemente aufeinander trotz ihrer vergleichsweise nahen Anordnung reduziert/unterbunden.
Zur genaueren Veranschaulichung der Vorteile der vorteilhaften Anordnung der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu der ersten Magnetkernstruktur 12 wird kurz auf das Beispiel einer anderen Anordnungsmöglichkeit für Messelemente eingegangen. Wäre
beispielsweise die zweite Magnetkernstruktur 16 in dem mittels der Schraffierung 26 in Fig. 1 a markierten Bereich angeordnet, wobei ein Abstand zwischen dem ersten
Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 und der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 in etwa gleich der Hälfte der maximalen Ausdehnung L1 der ersten Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10 wäre, so würde das erste Messelement ein signifikantes Störfeld auf das zweite Messelement ausüben, welches sich im schraffierten Bereich 26 nicht herausmittelnde Magnetfeldkomponenten hat.
Demgegenüber hat die in Fig. 1a und 1 b dargestellte vorteilhafte Anordnung der
Magnetkernstrukturen 12 und 16 zueinander den Vorteil, dass ein mittels der ersten Magnetkernstruktur 12 und der mindestens einen ersten Spule 18 bewirktes Magnetfeld (nahezu) keine Magnetfeldkomponenten entlang der zweiten Mittellängsachse 14 im Volumen der zweiten Magnetkernstruktur 16 hat (siehe Fig. 1a). Außerdem wird noch einmal darauf hingewiesen, dass sich die parallel zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten Komponenten der Magnetfeldlinien 24 im Volumen der ersten
Magnetkernstruktur 12 (im Wesentlichen) herausmitteln.
Die zweite Magnetkernstruktur 16 kann insbesondere zu der ersten Magnetkernstruktur 12 so angeordnet sein, dass der Abstand a1 zwischen der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 und dem ersten Schwerpunkt S1 kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 10%, bevorzugter Weise kleiner als 5%, der maximalen
Ausdehnung L1 der ersten Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10 ist. Insbesondere können die Magnetkernstrukturen 12 und 16 so zueinander angeordnet sein, dass sie sich berühren, d.h. dass der Abstand a1 zwischen der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 und dem ersten Schwerpunkt S1 gleich einer halben Breite der ersten Magnetkernstruktur 12 (zumindest am Kontaktbereich der zweiten Magnetkernstruktur 16) ist. Auf diese Weise kann die Beeinträchtigung von Messungen aufgrund von Störfeldern weiter reduziert werden.
Die Magnetkernstrukturen 10 und 16 können jeweils einstückig ausgebildet sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff„Magnetkernstruktur" 12 und 16 auch eine aus mehreren Magnetkernen zusammengesetzte Struktur verstanden werden kann. Die Magnetkernstrukturen 12 und 16 können somit mit einer großen Designfreiheit hergestellt werden. In der Ausführungsform der Fig. 1a und 1 b ist die zweite Magnetkernstruktur 16 außerdem so zu der ersten Magnetkernstruktur 12 angeordnet, dass die zweite
Mittellängsachse 14 in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten und den ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 umfassenden Ebene liegt. Dies gewährleistet eine Symmetrie der zweiten Magnetfeldlinien 24 in Bezug zu der senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten und den ersten Schwerpunkt S1 umfassenden Ebene, welche ein Herausmitteln der zweiten Feldlinien 24 im Volumen der ersten Magnetkernstruktur 12 bewirkt. Insbesondere können die Mittellängsachsen 10 und 14 in einer (weiteren) gemeinsamen Ebene liegen. Außerdem kann die zweite Mittellängsachse 14 durch den ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 verlaufen. Auch dies gewährleistet vorteilhafte störfeldfreie Messungen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der magnetischen Sensoreinrichtung. Die in Fig. 2 schematisch dargestellte magnetische Sensoreinrichtung weist die oben bereits beschriebenen Magnetkernstrukturen 12 und 16 mit ihren Spulen 18 und 20 auf. Auch in dieser Aufführungsform ist die zweite Magnetkernstruktur 16 so zu der ersten Magnetkernstruktur 12 angeordnet, dass die zweite Mittellängsachse 14 in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 ausgerichteten Ebene liegt. (In der
Ausführungsform der Fig. 2 ragt die zweite Mittellängsachse 14 senkrecht aus der
Bildebene heraus, in welcher die erste Mittellängsachse 10 und die erste Endfläche 16a liegen.) Außerdem ist ein Abstand a2 (aller Punkte) der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung L1 der ersten Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass der Abstand a2 der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 kein Mittelwert, sondern ein Minimum der Distanzen aller Punkte der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 ist. Die Ausführungsform der Fig. 2 umfasst zusätzlich zu den Komponenten 12, 16, 18 und 20 noch eine entlang einer dritten Mittellängsachse 30 ausgerichtete dritte
Magnetkernstruktur 32 mit mindestens einer dritten Spule 34. Die dritte Mittellängsachse 30 ist senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 und senkrecht zu der zweiten
Mittellängsachse 14 ausgerichtet. Die Windungen der mindestens einen dritten Spule 34 verlaufen um die dritte Mittellängsachse 30 der dritten Magnetkernstruktur 32. Z.B.
können mindestens eine Antriebsspule und/oder mindestens eine Detektorspule als die mindestens eine dritte Spule 34 an der dritten Magnetkernstruktur 32
angeordnet/ausgebildet sein. Die dritte Magnetkernstruktur 32 mit der mindestens einen dritten Spule 34 ist somit als ein drittes Messelement bezeichenbar.
Vorteilhafterweise ist die dritte Magnetkernstruktur 32 so zu der ersten
Magnetkernstruktur 12 und der zweiten Magnetkernstruktur 16 angeordnet, dass ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur 32 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung L1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10 und/oder ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur 32 zu einem zweiten Schwerpunkt der zweiten
Magnetkernstruktur 16 kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung der zweiten
Magnetkernstruktur 16 entlang der zweiten Mittellängsachse 14 ist. Der Abstand der dritten Magnetkernstruktur 32 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten
Magnetkernstruktur 12 (bzw. zu dem zweiten Schwerpunkt der zweiten
Magnetkernstruktur 16) kann insbesondere kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 10%, bevorzugter Weise kleiner als 5%, der maximalen Ausdehnung L1 der ersten Magnetkernstruktur 12 entlang der ersten Mittellängsachse 10 (bzw. der maximalen Ausdehnung der zweiten Magnetkernstruktur 16 entlang der zweiten Mittellängsachse 14) sein. (Unter dem Abstand der dritten Magnetkernstruktur 32 ist in diesem Fall der minimalste Abstand aller Massepunkte der dritten Magnetkernstruktur 32 zu verstehen.)
Alternativ kann die dritte Magnetkernstruktur 32 auch so zu der ersten Magnetkernstruktur 12 und der zweiten Magnetkernstruktur 16 angeordnet sein, dass ein Abstand der ersten Magnetkernstruktur 12 zu einem dritten Schwerpunkt S3 der dritten Magnetkernstruktur 32 kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung L3 der dritten Magnetkernstruktur 32 entlang der dritten Mittellängsachse 30 und/oder ein Abstand der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem dritten Schwerpunkt S3 der dritten Magnetkernstruktur 32 kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung L3 der dritten Magnetkernstruktur 32 entlang der dritten Mittellängsachse 30 ist. Der Abstand der ersten Magnetkernstruktur 12 (bzw. der Abstand der zweiten Magnetkernstruktur 16) zu dem dritten Schwerpunkt S3 der dritten Magnetkernstruktur 32 kann insbesondere kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 10%, bevorzugter Weise kleiner als 5%, der maximalen Ausdehnung L3 der dritten Magnetkernstruktur 32 entlang der dritten Mittellängsachse 30 sein. (In diesem Fall ist unter dem Abstand der ersten Magnetkernstruktur 12/der zweiten Magnetkernstruktur 16 der minimalste Abstand aller Massepunkte der ersten Magnetkernstruktur 12/der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu verstehen.)
Die in den beiden vorausgehenden Absätzen beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten für die Magnetkernstrukturen 10, 16 und 32 gewährleistet jeweils (nahezu) störfeldfreie Messungen mittels der Spulen 18, 20 und 34.
Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsform sind die erste
Magnetkernstruktur 12 und die dritte Magnetkernstruktur 32 so in einer Kreuz-Struktur angeordnet/ausgebildet, dass ihre Mittellängsachsen 10 und 30 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur 32 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 ist somit gleich Null. (Entsprechend ist auch ein Abstand der ersten Magnetkernstruktur 12 zu dem dritten Schwerpunkt S3 der dritten Magnetkernstruktur 32 gleich Null.) Insbesondere können die beiden Schwerpunkte S1 und S3 zusammenfallen. Zur Herstellung der in Fig. 2 schematisch dargestellten
Anordnung der beiden Magnetkernstrukturen 12 und 32 können deren Materialien nacheinander so abgeschieden werden, dass ein von beiden Magnetkernstrukturen 12 und 32 geteilter mittlerer Magnetkernbereich 36 gebildet wird, an welchem die beiden Rest-Magnetkernstrukturen unabhängig angebunden sind.
Die vorteilhafte Anordnung der Magnetkernstrukturen 12 und 32 der Fig. 2 bewirkt, dass ein Störfeld der mindestens einen ersten Spule 18 innerhalb des Volumens der dritten
Magnetkernstruktur 32 orthogonal zu dessen Mittellängsachse 30 ausgerichtet ist, während ein mittels mindestens einer der mindestens einen dritten Spule bewirktes drittes Magnetfeld (nicht skizzierte) dritte Feldlinien hat, die im Volumen der ersten
Magnetkernstruktur 12 senkrecht zu der ersten Mittellängsachse 10 verlaufen. Somit ist eine Störfeld-ungehinderte Messung mittels aller Komponenten möglich. Die zweite Magnetkernstruktur 16 ist beispielsweise so zu den anderen Magnetkernstrukturen 12 und 32 angeordnet, dass die erste Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 in einer von der ersten Mittellängsachse 10 und der dritten
Mittellängsachse 30 aufgespannten Ebene liegt. (In dem Beispiel der Fig. 2 liegen die Mittellängsachsen 10 und 30 und die erste Endfläche 16a in der Bildebene.) Die Vorteile einer derartigen Anordnung der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu der ersten
Magnetkernstruktur 12 sind anhand der Fig. 1a und 1 b erkennbar. Aufgrund der senkrechten Ausrichtung der dritten Magnetkernstruktur 32 zu der ersten Mittellängsachse 10 und der nahen Anordnung der dritten Magnetkernstruktur 32 an der ersten
Magnetkernstruktur 12 sind die gleichen Vorteile auch für die Magnetkernstrukturen 16 und 32 gewährleistet.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen können die Spulen 18, 20 und 34 (als Antriebsspulen und/oder Detektorspulen) getrennt kontaktierbar/bestrombar und/oder in Reihe geschaltet sein. Die mindestens eine Antriebsspule kann z.B. so ausgelegt sein, dass mittels eines Bestromens der mindestens einen Antriebsspule ein Magnetfeld zumindest lokal in der Magnetkernstruktur 12, 16 oder 32 der jeweiligen Antriebsspule bewirkbar ist. Die mindestens eine Antriebsspule kann insbesondere mit einem
Wechselstromsignal bestrombar sein. Aufgrund einer Superposition des in der jeweiligen Magnetkernstruktur 12, 16 und 32 bewirkten Magnetfelds mit einem weiteren Magnetfeld, wie beispielsweise dem Erdmagnetfeld, kann eine spontane Ummagnetisierung der jeweiligen Magnetkernstruktur 12, 16 und 32 auftreten. Mittels einer in der mindestens einen Detektorspule induzierten Spannung kann die spontane Ummagnetisierung der Magnetkernstruktur 12, 16 und 32 detektierbar sein. Anschließend kann durch ein
Auswerten eines Zeitpunkts der spontanen Ummagnetisierung der Magnetkernstruktur 12,
16 und 32 eine Feldstärke des weiteren Magnetfelds bestimmt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen eignen sich somit vorteilhaft zum Ausbilden eines 2D- bzw. 3D-Magnetfeld-Sensors. Des Weiteren können alle Ausführungsformen mit Beschleunigungssensoren kombiniert werden. Beispielsweise kann aus einer
Sensordatenfusion eine aktuelle Richtung zum magnetischen Nordpol bestimmt werden. Die Ausführungsformen eignen sich deshalb auch für einen Kompass.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der (minimale) Abstand (aller Punkte) der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 der ersten Magnetkernstruktur 12 mit a1 oder a2 bezeichnet. Damit wird ausgedrückt, dass je nach Anordnung der Magnetkernstrukturen 12 und 16 zueinander der Abstand der ersten Endfläche 16a der zweiten Magnetkernstruktur 16 zu dem ersten Schwerpunkt S1 z.B. eine Distanz a1 eines Mittelpunkts der ersten Endfläche 16a (siehe Fig. 1a) oder Distanz a2 eines Eckpunkts der ersten Endfläche 16a (siehe Fig. 2) sein kann. Die hier angegebenen Beispiele sind jedoch nicht einschränkend zu interpretieren.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für eine magnetische Sensoreinrichtung. Das im Weiteren beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich zur Herstellung aller oben beschriebenen Ausführungsformen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens nicht auf ein Herstellen derartiger
magnetischer Sensoreinrichtungen limitiert ist. In einem Verfahrensschritt S1 wird eine erste Magnetkernstruktur mit mindestens einer ersten Spule entlang einer ersten Mittellängsachse so ausgerichtet/gebildet, dass die Windungen der mindestens einen ersten Spule um die erste
Mittellängsachse verlaufen. Außerdem wird in einem Verfahrensschritt S2 eine
zweite Magnetkernstruktur mit mindestens einer zweiten Spule entlang einer
zweiten Mittellängsachse, welche in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse ausgerichteten Ebene liegt, ausgerichtet/gebildet. Der Verfahrensschritt S2 wird so ausgeführt, dass sich die zweite Magnetkernstruktur von einer ersten Endfläche der zweiten Magnetkernstruktur entlang der zweiten Mittellängsachse zu einer zweiten Endfläche der zweiten Magnetkernstruktur erstreckt und die Wndungen der
mindestens einen zweiten Spule um die zweite Mittellängsachse der zweiten
Magnetkernstruktur verlaufen. (Definitionen für die erste Endfläche und die zweite
Endfläche sind oben schon beschrieben.) Es wird bei der Ausführung der
Verfahrensschritte S1 und S2 sichergestellt, dass die zweite Magnetkernstruktur zu der ersten Magnetkernstruktur so angeordnet wird, dass ein Abstand der ersten
Endfläche der zweiten Magnetkernstruktur zu einem ersten Schwerpunkt der ersten
Magnetkernstruktur kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung der ersten
Magnetkernstruktur entlang der ersten Mittellängsachse ist.
Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann noch eine dritte
Magnetkernstruktur mit mindestens einer dritten Spule zugefügt werden, wobei die Windungen der mindestens einen dritten Spule um eine dritte Mittellängsachse der dritten Magnetkernstruktur verlaufen. Die dritte Mittellängsachse der dritten Magnetkernstruktur wird senkrecht zu der ersten Mittellängsachse und senkrecht zu der zweiten
Mittellängsachse ausgerichtet. Möglichkeiten für eine vorteilhafte Anordnung der drei Magnetkernstrukturen zueinander sind oben bereits beschrieben.

Claims

Ansprüche
1. Magnetische Sensoreinrichtung mit: einer entlang einer ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten ersten Magnetkernstruktur (12) mit mindestens einer ersten Spule (18), wobei die Windungen der mindestens einen ersten Spule (18) um die erste
Mittellängsachse (10) der ersten Magnetkernstruktur (12) verlaufen; und einer zweiten Magnetkernstruktur (16) mit mindestens einer zweiten Spule (20), wobei sich die zweite Magnetkernstruktur (16) von einer ersten
Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) entlang einer zweiten Mittellängsachse (14) zu einer zweiten Endfläche (16b) der zweiten
Magnetkernstruktur (16) erstreckt und die Windungen der mindestens einen zweiten Spule (20) um die zweite Mittellängsachse (14) der zweiten
Magnetkernstruktur (16) verlaufen; wobei die zweite Mittellängsachse (14) in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten Ebene liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Magnetkernstruktur (16) zu der ersten Magnetkernstruktur (12) so angeordnet ist, dass ein Abstand (a1 , a2) der ersten Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) zu einem ersten Schwerpunkt (S1) der ersten Magnetkernstruktur (12) kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung (L1) der ersten Magnetkernstruktur (12) entlang der ersten Mittellängsachse (10) ist.
2. Magnetische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die zweite
Magnetkernstruktur (16) zu der ersten Magnetkernstruktur (12) so angeordnet ist, dass die zweite Mittellängsachse (14) in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten und den ersten Schwerpunkt (S1) der ersten Magnetkernstruktur (12) umfassenden Ebene liegt. Magnetische Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite
Magnetkernstruktur (16) zu der ersten Magnetkernstruktur (12) so angeordnet ist, dass die zweite Mittellängsachse (14) durch den ersten Schwerpunkt (S1) der ersten Magnetkernstruktur (12) verläuft.
Magnetische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Sensoreinrichtung eine entlang einer dritten
Mittellängsachse (30) ausgerichtete dritte Magnetkernstruktur (32) mit mindestens einer dritten Spule (34) umfasst, wobei die Windungen der mindestens einen dritten Spule (34) um die dritte Mittellängsachse (30) der dritten Magnetkernstruktur (32) verlaufen, und wobei die dritte
Mittellängsachse (30) senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) und senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse (14) ausgerichtet ist.
Magnetische Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, wobei die dritte
Magnetkernstruktur (32) so zu der ersten Magnetkernstruktur (12) und der zweiten Magnetkernstruktur (16) angeordnet ist, dass ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur (32) zu dem ersten Schwerpunkt (S1) der ersten
Magnetkernstruktur (12) kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung (L1) der ersten Magnetkernstruktur (12) entlang der ersten Mittellängsachse (10) und/oder ein Abstand der dritten Magnetkernstruktur (30) zu einem zweiten Schwerpunkt der zweiten Magnetkernstruktur (16) kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung der zweiten Magnetkernstruktur (16) entlang der zweiten Mittellängsachse (14) ist.
Magnetische Sensoreinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die dritte Magnetkernstruktur (32) so zu der ersten Magnetkernstruktur (12) und der zweiten Magnetkernstruktur (16) angeordnet ist, dass ein Abstand der ersten Magnetkernstruktur (12) zu einem dritten Schwerpunkt (S3) der dritten Magnetkernstruktur (32) kleiner als 20% einer maximalen Ausdehnung (L3) der dritten Magnetkernstruktur (32) entlang der dritten Mittellängsachse (30) und/oder ein Abstand der zweiten Magnetkernstruktur (16) zu dem dritten Schwerpunkt (S3) der dritten Magnetkernstruktur (32) kleiner als 20% der maximalen Ausdehnung (L3) der dritten Magnetkernstruktur (32) entlang der dritten Mittellängsachse (30) ist.
7. Magnetische Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die dritte Magnetkernstruktur (32) so zu der ersten Magnetkernstruktur (12) und der zweiten Magnetkernstruktur (16) angeordnet ist, dass die dritte
Mittellängsachse (30) in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten und den ersten Schwerpunkt (S1) der ersten
Magnetkernstruktur (12) umfassenden Ebene oder in einer senkrecht zu der zweiten Mittellängsachse (14) ausgerichteten und den zweiten Schwerpunkt der zweiten Magnetkernstruktur (16) umfassenden Ebene liegt.
8. Magnetische Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, wobei die dritte
Magnetkernstruktur (32) so zu der ersten Magnetkernstruktur (12) und der zweiten Magnetkernstruktur (16) angeordnet ist, dass die dritte
Mittellängsachse (30) durch den ersten Schwerpunkt (S1) der ersten
Magnetkernstruktur (12) oder den zweiten Schwerpunkt der zweiten
Magnetkernstruktur (16) verläuft.
9. Magnetische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Antriebsspule und/oder mindestens eine Detektorspule als die mindestens eine Spule (18, 20, 34) an mindestens einer der mindestens zwei Magnetkernstrukturen (12, 16, 32) angeordnet sind.
10. Herstellungsverfahren für eine magnetische Sensoreinrichtung den Schritten:
Ausrichten einer ersten Magnetkernstruktur (12) mit mindestens einer ersten Spule (18) entlang einer ersten Mittellängsachse (10) so, dass die Windungen der mindestens einen ersten Spule (18) um die erste Mittellängsachse (10) verlaufen (S1); und
Ausrichten einer zweiten Magnetkernstruktur (16) mit mindestens einer zweiten Spule (20) entlang einer zweiten Mittellängsachse (14), welche in einer senkrecht zu der ersten Mittellängsachse (10) ausgerichteten Ebene liegt, so, dass sich die zweite Magnetkernstruktur (16) von einer ersten Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) entlang der zweiten Mittellängsachse (14) zu einer zweiten Endfläche (16b) der zweiten
Magnetkernstruktur (16) erstreckt und die Windungen der mindestens einen zweiten Spule (20) um die zweite Mittellängsachse (14) der zweiten
Magnetkernstruktur (16) verlaufen (S2); dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Magnetkernstruktur (16) zu der ersten Magnetkernstruktur (12) so angeordnet wird, dass ein Abstand (a1 , a2) der ersten Endfläche (16a) der zweiten Magnetkernstruktur (16) zu einem ersten Schwerpunkt (S1) der ersten Magnetkernstruktur (12) kleiner als 20% von einer maximalen Ausdehnung (L1) der ersten Magnetkernstruktur (12) entlang der ersten Mittellängsachse
(10) ist.
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