DE69803014T2

DE69803014T2 - Magnetischer Fühler mit einer auf den Spulenkörper aufgebrachten lineare Dünnschichtleiterabschnitte aufweisenden Erregerspule mit darauf gewickelter Detektorspule

Info

Publication number: DE69803014T2
Application number: DE69803014T
Authority: DE
Inventors: Norimitsu Hoshi; Naoyuki Sato
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2018-07-25
Also published as: KR19990014181A; US6181130B1; EP0893699A1; KR100421305B1; DE69803014D1; EP0893699B1

Description

Hintergrund der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor zum Erfassen eines schwachen Magnetfeldes wie ein Streumagnetfeld, das in einem Kraftfahrzeug, einem Schiff, einem Flugzeug, einem elektrischen Haushaltsgerät, einem medizinischen Instrument und ähnlichem erzeugt wird.
Ein herkömmlicher Magnetsensor weist einen toroidalen Induktor auf, der in einer Spule aufgenommen ist, auf die mindestens eine Detektorspule gewickelt ist. Der toroidale Induktor weist einen ringförmigen oder toroidalen Kern auf, der in einem ringförmigen Kerngehäuse enthalten ist, auf die eine toroidale Spule als eine Erregerspule gewickelt ist.
Der Magnetsensor ist ein Transformator. Wenn eine erregende Wechselspannung als eine Primärspannung an die Erregerspule angelegt wird, werden Wechselmagnetflüsse zum Fließen in den toroidalen Kern induziert. Daher wird eine Sekundärspannung als eine Ausgangsspannung auf der Detektorspule induziert. Wenn das Streumagnetfeld an den toroidalen Kern angelegt ist, werden die in dem toroidalen Kern fließenden Wechselmagnetflüsse durch das Streumagnetfeld beeinflußt und ändern sich. Als Resultat wird die Ausgangsspannung in der Amplitude geändert. Das heißt, die Ausgangsspannung wird durch das Streumagnetfeld amplitudenmoduliert. Daher kann das Steuermagnetfeld aus der Amplitudenvariation der Ausgangsspannung erfaßt werden.
Die Herstellung des oben erwähnten Magnetsensors verlangt mühselige Wickeltätigkeiten zum Bilden der Erregerspule und der mindestens einen Detektorspule. Insbesondere muß bei der Wickeltätigkeit für die Erregerspule ein Draht auf den toroidalen Kern, tatsächlich ein ringförmiges Kerngehäuse zum Bilden der toroidalen Erregerspule gewickelt werden. Diese Wickeltätigkeit ist recht mühselig, da der Draht mehrfach durch eine Innenbohrung des ringförmigen Kerngehäuses gehen muß, bis er um das Kerngehäuse mit der Zahl der Wicklungen gewickelt ist, die in einem Bereich von mehreren zehn bis mehreren 100 reicht. Daher dauert eine derartige Wickeltätigkeit lange.
Wenn der toroidale Induktor eine kleine Größe aufweist, weist die Innenbohrung des ringförmigen Kerngehäuses einen kleinen Durchmesser auf. In diesem Fall wird es schwierig, die Wickeltätigkeiten durchzuführen, bei der der Draht durch die Innenbohrung des ringförmigen Kerngehäuses durchgehen muß. Dieses resultiert darin, daß die Miniaturisierung des toroidalen Induktors begrenzt ist.
Kürzlich sind im Handel klein bemessene Magnetsensor unter Benutzung von gedruckten Leiterplatten, die gestapelt sind und einen relativ dünnen toroidalen Kern dazwischen halten, bekannt geworden. Die gedruckten Leiterplatten weisen als dünne Leitermuster Abschnitte der Erregerspulen und der Detektorspulen auf. Jene Abschnitte sind miteinander durch Durchgangslöcher in den Leiterplatten verbunden, die dadurch jene Spulen bilden.
Aus dem US-Patent 4 907 346 ist ein Magnetsensor bekannt. Der Magnetsensor weist eine Spule, einen toroidalen Induktor mit einem toroidalen Kern auf, der innerhalb einer toroidalen Rille innerhalb der Spule angebracht ist. Eine kontinuierliche toroidale Spule ist um die Spule gewickelt. Die Spule mit der toroidalen Spule ist ein Haltegehäuse eingeführt. Zwei Detektorspulen sind um das Haltegehäuse in Richtungen senkrecht zueinander gewickelt.
Aus der JP 06-061 055 A ist ein Magnetsensor bekannt mit einer Spule und einem Kern darin, bei dem leitende Muster auf der Außenseite der Spule als lineare Dünnfilmleiter gebildet sind.
Aus der EP 0 490 438 A ist es bekannt, Kupfer als eine Basis von Leitern auf stromlose Weise abzuscheiden.
Obwohl der bekannte Magnetsensor des Types der gedruckten Leiterplatte in einer kleinen Größe gebildet ist, ist er in der Zuverlässigkeit schlecht. Dieses ist so, da der dünne toroidale Kern leicht verformt und/oder zerstört wird durch mechanische Spannung der gedruckten Leiterplatten, die verursacht werden durch unerwünschte externe Kraft, die auf die gedruckten Leiterplatten ausgeübt wird.
Bei dem Magnetsensor vom gedruckten Typ ist es unmöglich, einen massiven toroidalen Kern zu benutzen, der eine relativ große axiale Abmessung aufweist. Weiter wird der toroidale Kern schlecht durch Wärme während der Rückflußtätigkeit zum Löten der Leitermuster auf die gedruckten Leiterplatten beeinflußt.

Zusammenfassung der Erfindung:

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Magnetsensor kleiner Größe mit einer hervorragenden Zuverlässigkeit vorzusehen, bei dem ein toroidaler Kern vor externen Kräften geschützt ist und keine Wickeltätigkeit für eine Erregerspule notwendig ist.
Es ist eine andere Aufgabe, einen Magnetsensor mit einem Aufbau vorzusehen, der einen toroidalen Kern benutzten kann, der vom massiven Typ ist, der eine relativ große axiale Abmessung aufweist.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, einen Magnetsensor vorzusehen, der in der Zahl der Komponenten verringert ist, leicht in der Herstellung und daher niedrig in den Kosten ist.
Es ist eine noch andere Aufgabe dieser Erfindung, einen Hochleistungsmagnetsensor vorzusehen, der verhindern kann, daß ein Magnetkern von Wärme wie durch Löten nach dem Bonden der leitenden Muster beeinflußt wird und der daher ein schwaches Magnetfeld mit hoher Genauigkeit erfassen kann.
Gemäß dieser Erfindung ist ein Magnetsensor vorgesehen mit einem Spulenkörper, einem innerhalb des Spulenkörpers angebrachten toroidalen Induktor, wobei der toroidale Induktor einen toroidalen Kern und eine um den toroidalen Kern gewickelte toroidale Erregerspule und mindestens eine auf den Spulenkern gewickelte Detektorspule aufweist, worin der Spulenkörper ein Spulenkörpergehäuse mit einer den toroidalen Induktor aufnehmenden toroidalen Rille und eine mit dem Spulenkörpergehäuse zum Bedecken der toroidalen Rille verbundene Spulenkörperabdeckung aufweist, wobei eines des Spulenkörpergehäuses und der Spulenkörperabdeckung ein Leitermuster hat, das Leitermuster eine Mehrzahl von linearen Dünnfilmleitern aufweist, die sich radial erstrecken, so daß sie radiale innere Enden und äußere Enden aufweisen und winkelmäßig voneinander beabstandet sind, der toroidale Kern auf dem Leitungsmuster vorgesehen ist, eine Mehrzahl von Verbindungsleitern sich radial über den toroidalen Kern von einer Innenseite zu einer Außenseite des toroidalen Kernes erstrecken, jeder der Verbindungsleiter ein inneres Ende aufweist, das mit dem radialen inneren Ende eines entsprechenden der linearen Dünnfilmleiter verbunden ist, und ein äußeres Ende aufweist, das mit dem radialen äußeren Ende eines benachbarten der linearen Dünnfilmleiter verbunden ist, so daß die Erregerspule mit dem Leitermuster und den Verbindungsleitern gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Leitermuster auf dem Spulenkörpergehäuse so gebildet, daß es sich radial von einer Innenseite zu einer Außenseite der toroidalen Rille erstreckt, wobei die Verbindungsleiter Drähte sind und die Spulenkörperabdeckung ein Kunststoffharz ist, das auf das Spulenkörpergehäuse so gesetzt ist, daß die Verbindungsleiter der toroidale Kern und die Leitungsmuster zusammen bedeckt sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Leitermuster auf dem Spulenkörpergehäuse so gebildet, daß es sich radial von einer Innenseite zu einer Außenseite der toroidalen Rille erstreckt, wobei die Spulenkörperabdeckung eine gedruckte Leiterplatte ist, wobei die Verbindungsleiter als ein anderes Leitermuster darauf gebildet sind.
Gemäß der anderen Ausführungsform ist die Spulenkörperabdeckung eine gedruckte Leiterplatte mit dem Leitermuster, wobei die Verbindungsleiter Verbindungsdrähte sind, somit der toroidale Induktor fest auf der Spulenkörperabdeckung angebracht ist und in der toroidalen Rille in dem Spulenkörpergehäuse aufgenommen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Magnetsensors;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten Magnetsensor vom gedruckten Schaltungstyp;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Spulenkörpergehäuses des in Fig. 3 dargestellten Magnetsensors;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich zu Fig. 4, wobei aber ein Magnetkern in dem Spulenkörpergehäuse enthalten ist;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie VI-VI in Fig. 5 genommen ist;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Spulenkörper eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpers in Fig. 7, wie sie von einer Rückseite gesehen wird;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnittes des Spulenkörpers von Fig. 7;
Fig. 10 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die Detektorspulen weggelassen sind;
Fig. 11 ist ein perspektivische Ansicht des in Fig. 10 dargestellten Magnetsensors, in der ein Spulenkörpergehäuse und eine Spulenkörperabdeckung einer gedruckten Leiterplatte miteinander verbunden sind;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XII- XII in Fig. 11 genommen ist;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht einer Spulenkörperabdeckung einer gedruckten Leiterplatte, wobei ein toroidaler Dünnkern in dem Magnetsensor benutzt ist, gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung; und
Fig. 14 ist eine Schnittansicht der Spulenkörperabdeckung, die entlang einer Linie XIV-XIV in. Fig. 13 genommen ist, die aber in einem umgedrehten Zustand gezeigt ist, die mit einem Spulenkörpergehäuse zusammengebaut ist, das teilweise durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Zum Erleichtern des Verständnisses dieser Erfindung wird zuerst eine Beschreibung über einen herkömmlichen Magnetsensor unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, der herkömmliche Magnetsensor weist ein Isolatorgehäuse 11, einen in dem Gehäuse 11 aufgenommenen toroidalen Induktor 12, mindestens eine um das Gehäuse 11 gewickelte Detektorspule auf. Zwei Spulen sind normalerweise senkrecht zueinander zum Erfassen der X- und der Y-Komponente des Streumagnetfeldes vorgesehen.
Das Gehäuse wird häufig als "Spulenkörper" bezeichnet, da einer oder mehrere Drähte auf dem Gehäuse 11 zum Bilden der Detektorspulen gewickelt sind. Der Spulenkörper 11 ist zum Beispiel in einer rechteckigen Form mit einer kreisförmigen Vertiefung oder einer toroidalen Rille 11a in seiner oberen Oberfläche gebildet, wie in der Figur gezeigt ist. Daher ist der Spulenkörper 11 in einer Gehäuseform gebildet. Der toroidale Induktor 12 ist in der Rille 11a enthalten, dann werden, nachdem er durch eine Spulenkörperabdeckung bedeckt ist, falls, es gewünscht wird, die Detektorspulen 13 auf den Spulenkörper mit ohne eine Spulenkörperabdeckung (nicht gezeigt) gewickelt. Bei diesem Beispiel ist nur eine einzelne oder X-Richtungsdetektorspule 13 gezeigt.
Der toroidale Induktor 12 weist einen ringförmigen Magnetkern oder einen toroidalen Kern (nicht gezeigt) auf, der aus dem hochpermeablen Material, zum Beispiel einem Stapel von Permalloymagnetfolien und amorphen Magnetfolien hergestellt ist. Der toroidale Kern ist in einem tingförmigen Kerngehäuse 15 enthalten, und eine Erregerspule 16 ist um das Kerngehäuse 15 in einer toroidalen Weise gewickelt. Die Erregerspule 16 weist zwei Leitungsdrähte 16a und 16b auf, die aus dem Spulenkörper 11 gezogen sind, wenn der toroidale Induktor 12 in dem Spulenkörper 11 enthalten ist.
Der Magnetsensor weist Probleme auf, wie in der Einleitung beschrieben wurde.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, ein anderer bekannter Magnetsensor, der gedruckte Leiterplatten benutzt, weist vier gedruckte Leiterplatten 21, die einer Vielschichtstruktur gestapelt sind, und einen toroidalen Dünnplattenkern 22, der zwischen zwei inneren gedruckten Leiterplatten gehalten ist, auf. Die inneren gedruckten Leiterplatten weisen individuelle Leitermuster von sich radial erstreckenden linearen Leitern 23 auf. Jene Leiter 23 auf zwei inneren gedruckten Leiterplatten sind miteinander in einer 1 : 1-Entsprechung durch Durchgangslöcher 24 zum Bilden einer toroidalen Spule um den toroidalen Kern 22 verbunden. Die durch die linearen Leiterabschnitte 23 gebildete toroidale Spule dient als die Erregerspule.
Die zwei äußeren gedruckten Leiterplatten weisen individuelle Leitermuster von sich diametral erstreckenden linearen Leitern 25 auf. Jene Leiter 25 auf den zwei äußeren gedruckten Leiterplatten sind miteinander in einer 1 : 1-Entsprechung zum Bilden einer Detektorspule durch Durchgangslöcher 26 verbunden.
Zwei Leiteranschlüsse der Erregerspule sind durch Durchgangslöcher in der obersten gedruckten Leiterplatte herausgeführt und aus dem Sensor herausgezogen, wie bei 23a und 23b in der Figur gezeigt ist. Zwei Leiteranschlüsse der Detektorspule sind ebenfalls aus dem Sensor herausgezogen, wie bei 26a und 26b in der Figur gezeigt ist, aus der obersten gedruckten Leiterplatte.
Der Magnetsensor vom gedruckten Typ weist Probleme auf, die in der Einleitung beschrieben sind.
Nun wird eine Beschreibung über mehrere Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, ein Magnetsensor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung weist einen Isolatorspulenkörper 31 einer rechteckigen Prismenform und eine erste und eine zweite Detektorspule 32 und 33, die um den Spulenkörper 31 so gewickelt sind, daß sie rechteckig zueinander sind, das heißt in die X- und Y-Pfeilrichtung, auf.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 4 bis 6, der Spulenkörper 31 weist eine obere Oberfläche auf, die mit einer ringförmigen oder toroidalen Rille 31a mit einem umgekehrten Trapezquerschnitt versehen ist. Der Spulenkörper 31 wird durch Gießen eines Kunststoffharzmateriales wie Epoxidharz oder flüssiges Kristallpolymer durch die Benutzung eines Harzgießgerätes gebildet.
In einem Beispiel weist der Spulenkörper eine Seite von 13 mm und eine Dicke von 2,5 mm auf.
Die in der Figur dargestellte toroidale Rille 31a weist eine kreisförmige Ringform auf. Es kann jedoch eine polygonale Form für den Torus der Rille anstelle der kreisförmigen Ringform angenommen werden.
Auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 und quer zu der Rille 31a ist ein radiales Leitungsmuster 35 gebildet, das eine Mehrzahl von linearen Dünnfilmleitern oder linearen leitenden dünnen Filmen (jeder ist ebenfalls durch 35 dargestellt) aufweist, die in gleichen Winkeln voneinander beabstandet sind und sich radial von einer Mitte der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 zu einem äußeren Umfang erstrecken, wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist.
Bei einem Beispiel weist das Leitungsmuster der linearen leitenden dünnen Filme 35 eine Kupferschicht, die auf dem Spulenkörper abgeschieden ist, eine Nickelschicht, die auf der Kupferschicht durch stromloses Plattieren gebildet ist, und eine Goldplattierschicht auf der Nickelschicht mit einer gesamten Dicke einer vorbestimmten Größe auf. Die linearen leitenden Dünnfilme 35 weisen eine gleiche Breite von 0,1 um auf und sind in einem Abstand von 0,3 um umfangsmäßig vorgesehen. Jeder der Filme 35 erstreckt sich radial über die Rille 31 von einer Position benachbart zu der Mitte der Kreisrille zu der Außenseite der Rille 31, wobei die erstreckten Endabschnitte außerhalb der Rille 31 um einen Abstand im Vergleich zu dem inneren Endabschnitt davon versetzt sind.
Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, ist ein ringförmiger Magnetkern oder ein toroidaler Kern 36 aus einem hochpermeablen Material wie eine amorphe Magnetplatte oder Folie, ein amorpher Magnetdraht und eine Permalloyplatte oder -folie hergestellt und in der Rille 31a des Spulenkörpers 31 aufgenommen. Bei einem Beispiel weist der Kern 36 eine Dicke von 15-30 um auf.
Auf den inneren Oberflächen der Rille 31a mit den darauf abgeschiedenen Leitungsmustern 35 ist ein Photolack zum elektrischen Isolieren des Magnetkernes 36 aus hochpermeablen Material von den Leitungsmustern 35 aufgebracht, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Anstelle des Photolackes 37 kann ein isolierende Harzmaterial auf die inneren Oberflächen der Rille 31 gedruckt sein. Alternativ ist es möglich, den Kern 36 zu benutzen, der eine isolierende Oberflächenbeschichtung aufweist.
Der Spulenkörper 11 weist weiter eine Mehrzahl von leitenden Stiften 41 auf, die auf der oberen Oberfläche davon stehen. Genauer, drei Stifte 41 sind in der Nähe von drei Ecken auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 plaziert. Diese Stifte 41 dienen zum Befestigen von Endabschnitten der ersten und der zweiten Detektorspule 32 und 33, die darauf gewickelt sind. Zusätzlich dienen die drei Stifte 41 zum Positionieren eines Rahmenteiles 43, das in Fig. 4 dargestellt ist, an einer vorbestimmten Stelle auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31.
Der Spulenkörper 11 weist vier äußere Seitenoberflächen auf, die mit Elektroden 45a, 45b, 45c, 45d und 45e zur Oberflächenanbringung versehen sind. Die drei Stifte 14 sind mit den drei Elektroden 45a, 45b und 45c in einer 1 : 1-Entsprechung verbunden. Die verbleibenden zwei Elektroden 45d und 45e sind mit vorbestimmten der linearen leitenden Dünnfilme 35 auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 entsprechend verbunden.
Diese Elektroden 45a bis 45e sind auf den äußeren Seitenoberflächen des Spulenkörpers 31 durch Abscheiden einer Kupferschicht, stromloses Nickelplattieren und Goldplattieren in dieser Reihenfolge gebildet. Alternativ durch Drucken einer Lötpaste.
Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, ist jeder linearen leitenden Dünnfilme mit dem benachbarten zum Bilden der toroidalen Spule als eine Erregerspule verbunden. Genauer, mit Bezug auf die ringförmige Rille 31a, ein inneres Ende oder eine innere Anschlußfläche 35a von einem leitenden Film 35 ist mit einem äußeren Ende oder äußeren Anschlußfläche 35b eines benachbarten leitenden Filmes 35 durch Drahtbonden unter Benutzung eines Leitungsdrahtes 51 wie ein Al-Dtaht oder ein Au-Draht verbunden. In Fig. 5 sind einige der Leitungsdrähte 51 allein zur Erleichterung der Darstellung dargestellt, obwohl die Leitungsdrähte 51 durch den Umfang der ringförmigen Rille 31a angeordnet sind.
Somit ist die Erregerspule durch eine Kombination der leitenden Filme 35 und der Leitungsdrähte 51, die miteinander verbunden sind, gebildet. Die Erregerspule weist Anschlußelektroden 45d und 45e auf, von denen eine Wechselspannung zum Erregen an die Erregerspule geliefert wird. Die Erregerwechselspannung weist zum Beispiel eine Frequenz auf, die in einem Bereich zwischen einigen zehn und einigen 100 Kiloherz (kHz) liegt.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist das Rahmenteil 43 an dem Umfang der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 angeordnet und steht nach oben von der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 vor. Die Leitungsdrähte 51 sind auf einem Niveau etwas niedriger als die obere Oberfläche des Rahmenteiles 43 gelegt. In einem Gebiet, das von dem Rahmenteil 43 umgeben ist, ist ein Kunststoffharzmaterial 55 geladen oder gefüllt zum Bilden einer Abdeckung des Kernes 36 in der Rille 31a, der Leitungsmuster von Filmen 35 und der Drähte 51, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Somit hält die Kunststoffabdeckung 55 stabil den Magnetkern 36 an einer vorbestimmten Position in der Rille 31a und schützt ihn vor mechanischer Spannung unter äußerer Kraft. Daher kann der toroidale Kern 36 seine Magneteigenschaften während einer langen Benutzung des Magnetsensors aufrecht erhalten.
Bei der Ausführungsform ist es möglich, den Kern daran zu hindern, von der Wärme bei zum Beispiel der Lötrückflußtätigkeit beeinflußt zu werden, da das Drahtbonden ohne die Benutzung der Lötrückflußtätigkeit benutzt wird.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 7 bis 9, ein Magnetsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung, der darin gezeigt ist, ist ähnlich im Aufbau zu dem Magnetsensor der ersten Ausführungsform (Fig. 3 bis 6), aber er unterscheidet sich davon darin, daß der Spulenkörper 31 nicht das Rahmenteil 43, die Stifte 41 und die Anschlußelektroden 45a-45e aufweist. Bei der folgenden Beschreibung werden ähnliche Teile durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet wie jene, die in Fig. 3-6 dargestellt sind.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, weist der Spulenkörper 31 eine obere Oberfläche auf, die mit einer großen Ausnehmung 91a versehen ist. In der Ausnehmung 91a sind die Rille 31a und das Leitungsmuster 35 gebildet. Der Magnetkern 36 ist in der Rille 31a auf genommen.
Der Spulenkörper 31 ist weiter mit fünf Durchgangslöchern 92-92e an vier Ecken versehen, wie in der Figur gezeigt ist. Zwei Durchgangslöcher 92d und 92e an einer Ecke sind durch Leitungsanschlüsse 35c und 35d des Leitermusters 35 umgeben. Der Magnetsensor mit dem Spulenkörper 31 kann fest auf einer gedruckten Leiterplatte durch Metallbolzen oder Stifte (nicht gezeigt), die in die Durchgangslöcher 92a-92e eingeführt werden, angebracht werden. Die Leitungsanschlüsse 35a und 35d sind mit der gedruckten Leiterplatte verbunden, und daher ist die Erregerspule mit der gedruckten Leiterplatte verbunden. Die Detektorspulen (32 und 33 in Fig. 3) sind ebenfalls mit der gedruckten Leiterplatte durch die Metallbolzen oder Stifte verbunden.
Wie auch in Fig. 9 dargestellt ist, ist das Leitermuster 35 weiter mit einer Mehrzahl von Markierungen 93a bis 93 g versehen. Die Markierungen 93a bis 93 g sind an eine Mehrzahl von vorgewählten Positionen des Leitermusters 35 gebildet. Die Markierungen 93a bis 93g dienen zum Verhindern, daß das Leitermuster 35 während der Vorgänge des Bildens des Leitermusters 35 versetzt werden. Die Markierungen 93a-93g weisen eine Kreisform auf, wie in Fig. 7 gezeigt ist, oder sie können andere Formen aufweisen wie eine Kreuzform, wie in Fig. 9 gezeigt ist, oder eine polygonale Form.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 10, 11 und 12, ein Magnetsensor gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung ist ähnlich zu dem in Fig. 3-6 gezeigten Magnetsensor mit der Ausnahme verschiedener Unterschiede, die unten beschrieben werden. Die ähnlichen Teile und Abschnitte sind durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt, aber sie werden hier nicht wieder beschrieben. Weiter sind die Detektorspulen zur Vereinfachung der Zeichnungen nicht gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform weist der Spulenkörper 31 weder das Rahmenteil 43 noch die Leitungsdrähte 51 noch das Kunststoffharz 55 auf. Anstelle davon ist eine gedruckte Leiterplatte 60 auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers zum Bilden einer Abdeckung des Spulenkörpers vorgesehen. Die gedruckte Leiterplatte 60 weist eine Oberfläche auf, die mit einem passenden Leitungsmuster versehen ist. Das Leitungsmuster weist eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden leitenden Leitungsfilmen 61 entsprechend den linearen Leitungsfilmen 35, die auf der oberen Oberfläche des Spulenkörpers 31 gebildet sind, auf, so daß die leitenden Leitungsfilme 61 mit der Funktion ähnlich zu den. Leitungsdrähten (51 in Fig. 6) arbeiten und zwischen benachbarten der linearen Leitungsfilme 35 zum Bilden einer toroidalen Spule als die Erregerspule verbunden sind, wenn die gedruckte Leiterplatte 60 auf die obere Oberfläche des Spulenkörpers 31 gestapelt wird.
Im einzelnen, die leitenden Leitungsfilme 61 des passenden Leitungsmusters erstrecken sich individuell in einer radialen Richtung von einer Mitte der gedruckten Platte 60 zu einem Umfang und sind in einem vorbestimmten Winkelabstand voneinander in einer Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der leitenden Leitungsfilme 61 des passenden Leitungsmusters ist mit einem inneren Ende 35a eines linearen Leitungsfilmes 35 und einem äußeren Ende 35b eines nächsten benachbarten Leitungsfilmes 35 verbunden. Somit sind die leitenden Leitungsfilme 61 des passenden Leitungsmusters mit jeweils benachbarten der Leitungsfilme 35 verbunden, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 12, ein Lötmittel 71 niedrigen Schmelzpunktes wird zuvor auf die Oberflächen der Leitungsmuster 35 und der passenden Leitungsmuster 61 angeheftet, und die gedruckte Leiterplatte 60 wird dann auf die obere Oberfläche des Spulenkörpers 31 gelegt. Danach werden der Spulenkörper 31 und die gedruckte Leiterplatte 60 mit dem Lötmittel zwischen dem Leitungsmuster 35 und dem passenden Leitungsmuster 61 in einen Rückflußofen eingeführt, der bei einer Temperatur zwischen 180 und 260ºC gehalten wird, um elektrisch das Leitungsmuster 35 und das passende Leitungsmuster 61 zu verbinden, wodurch die toroidale Erregerspule gebildet wird.
Zum Verhindern eines elektrischen Kurzschlusses zwischen dem Leitungsmuster 35 und dem Magnetkern 36 wird der Magnetkern 36 mit einem Isolierfilm 73 bedeckt, der ein organisches Material als Basiskomponente enthält und durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden wird, wie in Fig. 12 dargestellt ist:
Der Magnetkern 36 kann durch mechanisches Bearbeiten eines Dünnplattenmateriales eines hohen Permeabilitätsmateriales in einer Ringform gebildet werden. Alternativ kann der Magnetkern 36 durch Dampfabscheiden des hochpermeablen Materiales in einer toroidalen Form gebildet werden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 13 und 14, ein Magnetsensor gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung, der darin gezeigt ist, unterscheidet sich von den oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen in einem Aufbau, in dem der toroidale Induktor auf einer gedruckten Schaltung 60 als Spulenkörperabdeckung angebracht ist. Ähnliche Teile werden durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet wie jene, die in Fig. 10- 12 dargestellt sind.
Wie in Fig. 13 und 14 gezeigt ist, ist eine gedruckte Leiterplatte 60 mit einer Mehrzahl von leitenden Leitungsfilmen 61, die auf einer Oberfläche davon gebildet sind, versehen. Die Mehrzahl von leitenden Leitungsfilmen werden allgemein als Leitungsmuster bezeichnet, das auch durch 61 dargestellt ist. Ein ringförmiger Magnetkern oder toroidaler Kern 81 ist auf der Oberfläche mit dem Leitungsmuster 61 angebracht. Der Magnetkern 81 weist eine Oberfläche auf, die einer Isolierbehandlung durch chemisches Dampfabscheiden unterworfen ist. Der Magnetkern 81 klebt an der gedruckten Leiterplatte 60 durch einen Klebstoff an.
Das Leitungsmuster 61 ist über Leitungsdrähte 82 ähnlich zu den Leitungsdrähten 51 verbunden, die in Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Genauer, ein inneres Ende 61a eines leitenden Leitungsfilmes 61 und ein äußeres Ende 61b des nächsten benachbarten leitenden Leitungsfilmes 61 sind durch Drahtbonden über den Leitungsdraht 82 verbunden, der sich über den ringförmigen Magnetkern von der Innenseite zu der Außenseite des Ringes erstreckt. Als Resultat verbinden die Leitungsdrähte 82 alle leitenden Leitungsfilme 61 in Reihe zum Bilden der toroidalen Erregerspule, die sich um den toroidalen Kern 81 erstreckt.
Wie in Fig. 14 dargestellt ist, ist die gedruckte Platte 60 mit dem toroidalen Kern 81 und der Erregerspule auf einem Isolatorspulenkörper 83 mit einer ringförmigen Rille 83a angebracht, die darin den Kern 81 und die Leitungsdrähte 82 aufnimmt. Danach werden die erste und die zweite Detektorspule (nicht gezeigt) um den Spulenkörper 83 gewickelt, und die auf dem Spulenkörper 83 angebrachte gedruckte, Leiterplatte 60 ist ähnlich in der Weise, wie bei 32 und 33 in Fig. 3 gezeigt ist. Somit ist der Magnetsensor fertiggestellt.
Wie soweit in Zusammenhang mit mehreren Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es gemäß dieser Erfindung möglich, einen klein bemessenen hochwirksamen Magnetsensor vorzusehen, der ein schwaches Magnetfeld mit hoher Genauigkeit erfassen kann.
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, den Aufbau so zu vereinfachen, daß die Zahl der Komponenten und die Zahl der Arbeitsschritte verringert werden und die Arbeitseffektivität verbessert wird. Weiter ist es möglich, die Verschlechterung der Materialeigenschaft des Magnetkernes zu vermeiden.
Der Magnetsensor dieser Erfindung benötigt keine komplizierte und uneffektive Wickeltätigkeit des Wickelns der Magnetdrähte um den Magnetkern. Statt dessen wird von den Leitungsmustern Benutzung gemacht, die auf dreidimensionale Weise zum Dienen als eine Spule gedruckt werden.

Claims

1. Magnetsensor mit:

einem Spulenkörper (31, 83);

einem in dem Spulenkörper (31, 83) angebrachten toroidalen Induktor, wobei der toroidale Induktor einen toroidalen Kern (36, 81) und eine um den toroidalen Kern (36, 81) gewickelte toroidale Erregerspule aufweist;

mindestens einer um den Spulenkern (31, 83) gewickelten Detektorspule (32, 33), worin der Spulenkörper (31, 83) ein Spulenkörpergehäuse mit einer toroidalen Rille (31a), die den toroidalen Induktor aufnimmt, und eine Spulengehäuseabdeckung (55, 60), die mit dem Spulenkörpergehäuse verbunden ist, zum Abdecken der toroidalen Rille (31a) aufweist, wobei eines von dem Spulenkörpergehäuse und der Spulenkörperabdeckung ein Leitermuster (35, 61) aufweist;

wobei das Leitermuster (35, 61) eine Mehrzahl von linearen Dünnfilmleitern aufweist, die sich radial so erstrecken, daß sie radiale innere Enden und äußere Enden haben und winkelmäßig voneinander beabstandet sind, wobei der toroidale Kern (36, 81) auf dem Leitungsmuster (35, 61) vorgesehen ist;

einer Mehrzahl von Verbindungsleitern (51, 82), die sich radial über den toroidalen Kern (36) von einer Innenseite zu einer Außenseite des toroidalen Kernes (36, 81) erstrecken;

wobei jeder der Verbindungsleiter (51, 82) ein inneres Ende aufweist, das mit dem radialen inneren Ende eines entsprechenden der linearen Dünnfilmleiter verbunden ist, und ein äußeres Ende aufweist, das mit dem radialen äußeren Ende eines benachbarten der linearen Dünnfilmleiter verbunden ist, so daß die Erreger- Spule mit dem Leitermuster (35, 61) und den Verbindungsleitern (51, 82) gebildet ist.

2. Magnetsensor nach Anspruch 1, bei dem der Spulenkörper (31) mit zwei Detektorspulen (32, 33) versehen ist, die darauf in Richtungen senkrecht zueinander gewickelt sind.

3. Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Spulenkörper (31, 83) eine rechteckige Prismenform aufweist und/oder die toroidale Rille (31a) eine Kreisform oder eine polygonale Form aufweist.

4. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Leitermuster (35) auf dem Spulenkörpergehäuse so gebildet ist, daß es sich radial von einer Innenseite zu einer Außenseite der toroidalen Rille erstreckt, die Verbindungsleiter (51) Drähte sind und die Spulenkörperabdeckung (55) ein Kunststoffharz ist, das auf dem Spulenkörpergehäuse zum Abdecken der Verbindungsleiter (51) des toroidalen Kernes (36) und des Leitungsmusters (35) zusammen vorgesehen ist.

5. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter mit einem Rahmenteil (43), das an dem Umfang der einen Oberfläche und außerhalb der Rille (31a) gebildet ist, so daß es nach oben von der einen Oberfläche vorsteht.

6. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Leitungsmuster (35) auf dem Spulenkörpergehäuse so gebildet ist, daß es sich radial von einer Innenseite zu einer Außenseite der toroidalen Rille (31a) erstreckt, wobei die Spulenkörperabdeckung eine gedruckte Leiterplatte (60) mit den Verbindungsleitern als ein anderes Leitungsmuster (61), das darauf gebildet ist, ist.

7. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem mindestens Innenseiten- und Bodenoberfläche der Rille (31a) mit einem Isolierteil bedeckt sind und/oder ein Material hoher Permeabilität auf dem Boden der Rille (35a) auf toroidale Weise zum Bilden des toroidalen Magnetkernes (36) abgeschieden ist und/oder der Magnetkern (36) mit einem Isolierfilm beschichtet ist, das ein organisches Material als eine Basiskomponente enthält und durch chemisches Dampfabscheiden abgeschieden ist zum Verhindern des elektrischen Kurzschlusses zwischen dem Leitungsmuster (35) und des Magnetkernes (36).

8. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Leitungsmuster (35) mit einer Mehrzahl von Markierungen (93) versehen ist, die an gewünschten Positionen gebildet sind, zum Korrigieren einer Versetzung der Leitungsmuster (35).

9. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Spulenkörpetabdeckung eine gedruckte Leiterplatte (60) mit dem Leitungsmuster ist, wobei die Verbindungsleiter Verbindungsdrähte (61) sind, wodurch der toroidale Induktor fest auf der Spulenkörperabdeckung angebracht ist und in der toroidalen Rille (35a) des Spulenkörpergehäuses aufgenommen ist.

10. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der toroidale Magnetkern (36) aus einer dünnen Platte eines Materiales hoher Permeabilität gebildet ist und mit einem Isolierfilm beschichtet ist, der durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden ist.