(57)【要約】磁場の少なくとも一つの成分を測定するための磁場センサーは、磁場集束機として役立つ強磁性コア−（4）と、励磁コイル（3）とそして読み取りセンサー（5）より構成される。読み取りセンサー（5）は、なるべく強磁性コア−（4）の外周端付近に配置される二つのセンサーより構成され、そして磁場の少なくとも一つの成分を測定する。強磁性コア−（4）はリング状または円盤状である。磁場センサーの操作については、強磁性コア−（4）の磁化が読み取りセンサーに信号を発生させないような、予め決められた磁化状態に強磁
2005534913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性コア−（4）は予め決められた磁化状態に磁化され、強磁性コア−（4）に予め決められた磁化状態を復元するために励磁コイル（3）に一時的に電流を印加するための励磁コイル（3）と電子回路（2）が存在する事を特徴とする、測定すべき磁場の少なくとも一つの成分が存在する平面に広がり、そして磁場集束機として役立つ半導体チップ（１）に取り付けられたリング状の強磁性コア−（4）と、半導体チップ（１）にまとめられ、強磁性コア−（4）の外周付近に配置され、磁場の少なくとも一つの成分を測定する少なくとも一つのセンサ−を含む読み取りセンサ−（5）を持つ、磁場の少なくとも一つの成分の測定のための磁場センサー。
【請求項２】
強磁性コア−（4）が円形状に磁化されることを特徴とする請求項１による磁場センサー
【請求項３】
励磁コイル（3）は強磁性コア−（4）を囲む少なくとも一回巻きの巻線からなる事を特徴とする請求項1または2による磁場センサー
【請求項４】
強磁性コア−（４）は半径方向に磁化されることを特徴とする請求項1による磁場センサー
【請求項５】
励磁コイル（3）はその巻線が強磁性コア−（4）の下側をらせん状に走るフラットコイルよりなることを特徴とする請求項1から4のいずれかによる磁場センサー
【請求項６】
読み取りセンサー（5）を形成する少なくとも一つのセンサーはホール素子10であることを特徴とする請求項1から5のいずれかによる磁場センサー
【請求項７】
読み取りセンサーは強磁性コア−（4）の対称軸に対して直径方向に正反対の位置に配置される二つのホール素子10、12からなることを特徴とする請求項1から6のいずれかによる磁場センサ−
【請求項８】
強磁性コア−（4）のリングの幅は強磁性コア−（4）の直径の5％より少ない値であり、強磁性コア−（4）のリングの高さは強磁性コア−（4）の直径の5％より少ない値であることを特徴とする請求項1から7のいずれかによる磁場センサー
【請求項９】
強磁性コア−は特定のタイミングで励磁コイル（3）に一時的に電流を印加することにより磁化されることを特徴とする、磁場センサーは測定すべき磁場の少なくとも一つの成分が存在する平面に広がり、そして磁場集束機として役立つ半導体チップ（1）に取り付けられたリング状の強磁性コア−（4）と、半導体チップ（1）にまとめられ強磁性コア−（4）の外周付近に配置され、磁場の少なくとも一つの成分を測定する少なくとも一つのセンサーを持つ読み取りセンサー5からなり、磁場の少なくとも一つの成分の測定のための磁場センサーの操作方法
【請求項１０】
直流のパルス電流の最大値は強磁性コア−（4）の材料の強制磁場の強さより大きい磁場を発生させるような、直流のパルス電流を強磁性コア−（4）を磁化するため励磁コイル（3）に印加することを特徴とする請求項９による方法。
【請求項１１】
以下のステップによることを特徴とする請求項9による方法
直流のパルス電流を励磁コイル（3）に付加する。これにより電流は励磁コイル（3）を通って最初の方向に流れる。
読み取りセンサー（5）の出力信号を読み取る。
直流のパルス電流を励磁コイル（3）に印加する。これにより電流は励磁コイル（3）を通って最初の方向と反対方向に流れる。
読み取りセンサー（5）の出力信号を読み取る。
ステップｂとｄで測定された読み取りセンサー（5）の信号を合計する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前書きに挙げられるタイプの磁場センサー及び磁場センサーの操作方法に関するものである。
【０００２】
この様な磁場センサーはその強さがほんの数ナノテスラから数ミリテスラまで、例えば地球の磁場方向を測定する羅針盤のような磁場の測定に適する。
【背景技術】
【０００３】
請求項１の前書きに挙げられるタイプの磁場センサーはEP１１８２４６１により知られている。この磁場センサーは二次元磁場の方向を決定するのに適している。この磁場センサーは平らな形をした磁場集束機と、少なくとも一つのホール素子を含む二つのセンサーから構成される。ここでホール素子は磁場集束機の端部に取り付けられる。第一のセンサーは磁場の第一の成分を測定し、第二のセンサーは磁場の第二の成分を測定する。従って磁場の方向は二つのセンサーの信号から決定することができる。
【０００４】
磁場の方向を決定する次の磁場センサーはEP１０５２５１９により知られている。この磁場センサーは十字形をした強磁性コア−と、強磁性コア−を周期的に飽和させるための励磁コイルとそして読み取りコイルより構成される。この磁場センサーは磁束ゲートセンサーとして作動する。この様なセンサーの欠点は強磁性コア−の磁気飽和に比較的大きな電流が必要なことである。従ってこの様な磁場センサーはバッテリー作動の用途には向かない。
【０００５】
磁場の強さを決定する次の磁場センサーはGB２３１５８７０により知られている。この磁場センサーはリング状の強磁性コア−と、強磁性コア−を周期的に飽和させるための励磁コイルと、そして読み取りコイルにより構成される。更にある設計タイプではセンサーは外部磁場集束機として働く付加的な強磁性コア−より構成される。これらの付加的なコア−の残留磁気をできる限り減少させるため、付加的なコア−を消磁すために電流を周期的に印加する付加的なコイルが存在する。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、電源がバッテリーにより頻繁に交換せずに供給される場合でも、その磁場の強さがほんの数ナノテスラから数ミリテスラまでの値の磁場測定が可能な磁場センサーを開発することである。
【０００７】
ここに挙げられる問題は請求項１から９の特徴により本発明により解決される。
【０００８】
調査は次の事を明らかにした。即ち磁場集束機として働く強磁性コア−は磁化されるか、または外部の例えば一時的に発生する干渉磁場により強磁性コア−が読み取りコイルに信号を発生させるような磁気双極子になるほどに磁場が反転することには、重大な問題が存在することである。ここで選ばれたタイミングで磁場をかけることにより、強磁性コア−をあらかじめ決められた磁化状態に持ち込むという救済策を本発明は提供する。磁場を発生させるコイルが用意される。コイルを流れる電流により発生する磁場は、干渉磁場により起こる強磁性コア−の磁気的な反転がキャンセルされるのに十分大きな値でなければならない。そうする場合、必要な電流強度は強磁性コア−の磁化曲線により決定される。
【０００９】
磁場の少なくとも一成分の測定のための本発明による磁場センサーは、磁場集束機として働くリング状の強磁性コア−と、励磁コイルとそして読み取りセンサーにより構成される。読み取りセンサーは強磁性コアーの外周端近辺に配置される少なくとも一つの、できれば二つのセンサ−より構成され、少なくとも一つの磁場成分を測定する。磁場センサーの操作に際しては、強磁性コア−の磁化が読み取りセンサーに信号を発生させないように強磁性コア−をあらかじめ決められた磁化状態に持ち込むために、選ばれたタイミングで励磁コイルに一時的に電流が印加される。励磁コイルを通って流れる電流は、電流により発生する強磁性コア−の磁場が強磁性コア−の材料により提供される強制磁場の強さを少なくとも達成するのに十分な値でなければならない。できれば電流はそれにより発生する磁場が強制磁場の強さの２〜３倍となるような十分に大きな値を選ぶ。もし材料がいわゆるハードまたはソフトの磁気軸を持っていれば、より大きい強制磁場の強さを有するハードの磁気軸の材料を選ばなければならない。このプロセスでは、リング状の強磁性コア−は、例えばコア−内の磁力線が接線方向に閉じた磁力線として走るような方法で磁化される。この磁化は円形磁化と呼ばれる。このあらかじめ決められた磁化によりエラーの原因となる、先に述べた残留磁場の問題は解決される。
【００１０】
あらかじめ決められた磁化状態へ強磁性コア−を持ち込むこのプロセスは外部磁場の実際の測定の前に行うことが望ましい。しかしそれは周期的または他のいかなるタイミングでも実行可能である。この様に強磁性コア−はあらかじめ決められた磁化状態に磁化され、このあらかじめ決められた磁化状態は特定のタイミングで更新又は復元される。
【００１１】
強磁性コア−を望ましい磁化状態に持ち込むため、ある値の磁化エネルギーが必要である。必要な磁化エネルギーは一方では強磁性コア−の体積Vに比例し、そして他方では使われる材料のヒステレシスカーブにより決まる磁気積B×Hに比例する。可能な限り最低の磁気積を得るため、ソフト磁性材、例えばVitrovac6025Zが強磁性コア−の材料として選ばれる。磁化される体積は強磁性コア−の幾何学的図形により決定される。達成できる磁気的増幅度は主にリング状の強磁性コア−の直径により決まるため、リングの幅と厚さは可能な限り小さく選ぶ。上に述べた材料Vitrovac6025Zの場合、例えばリングの直径は１mm、幅は20μmそして高さは10μmを選ぶ。従って幅はリング直径のわずか2％にしかならない。リングの幅と高さは用いられる技術の許す範囲で可能な限り小さいくするのは理にかなっている。例えばコア−を電気分解やスパッターリングにより半導体チップに取り付けるような他の技術を使用する場合は、コア−の厚さは1μm以下に下げることができる。
【００１２】
コア−の体積を下げる更なる利点は、コイルにより発生する磁場により前以って起こる磁化の増加が、コア−に発生する渦電流によりそれ自身で少しは抑制されることである。この様にして磁化のためのパルス電流は短くすることができ、そして必要な全エネルギーを減少させることができる。この方法で最適化されたセンサーは、又例えば時計のような僅かしかエネルギー消費を許容出来ないような応用分野にも適している。
【００１３】
磁場センサーは例えばその方向が不変の弱い磁場の強さを測定するために使用することができる。この様な磁場センサーは、その中を通って電流が流れる導線により発生する磁場の強さを測定する、電流またはエネルギーセンサーとしても使うことができる。加えてこのセンサーは外部磁場の第二の成分を測定するため第二の読み取りセンサーを持つことができる。外部磁場の二つの成分を測定すると、これらからまたその方向を決定することができる。従ってこの様な磁場センサーはまた羅針盤としても使うことができる。
【００１４】
下記に本発明の三つの具体例を図面に基づきより詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
具体例１
図1は外部磁場の二つの成分の測定のため半導体チップ1として形成される磁場センサーの設計図概観を示す。実例を明確化するために、図で座標原点を磁場センサーの外側に配置したｘ,ｙ,ｚ直行座標系が参照系として役立ち、ここでｚ軸の方向は投影面に垂直に走る。本磁場センサーは電子回路2、例えば4回巻きの巻線を持つ励磁コイル３、リング状の強磁性コア−4と二つの読み取りセンサー5、6から構成される。強磁性コア−4は平面的に広がり、従ってｘｙ平面の位置を決める。読み取りセンサー5は磁場のｘ成分の取得に役立ち、読み取りセンサー6は磁場のｙ成分の取得に役立つ。読み取りセンサー5、6は場所的に分離され、しかし電気的には結合された二つのセンサーより構成されることが望ましい。磁場センサーは次のような技術を用いて製造される。即ち励磁コイル3や読み取りセンサー5、6の一部である電子回路2は、最初に標準的なCMOS技術を用いて製造され、次に強磁性コア−がいわゆる後工程にて付けられる。そうする場合、アモルファス状の強磁性材のテ−プが半導体回路のウェ−ハに接着され、光食刻法や化学的エッチングの手段により組み立てられる。ウェ−ハを個々の半導体チップに切断後に、励磁コイル3の巻線はワイヤーボンディング（図示）またはフリップチップ技術のどちらかを用いて、基質上に半導体チップを取り付けることにより完成する。電子回路2は励磁コイル3を通って流れる電流を発生させ、読み取りセンサ−5、6より提供される信号を評価することに役立つ。
【００１６】
図１に示される具体例に関し、励磁コイル3は一部は導線経路7、そして一部はボンドワイヤー8よりなる四回巻きの巻線を持つ。導線経路7は強磁性コア−4の下を、そしてボンドワイヤー8はそれの上を通る。ボンドワイヤー8は導線経路3の一端と、もう一つの導線経路７の一端を接続する。回路9は強磁性コア−4を予め決められた磁化状態に持ちこむために励磁コイル3に電流I（ｔ）を一時的に印加することに役立つ。変数tは時刻を表す。
【００１７】
電子回路2にはまだ述べていないエネルギー源、特に電池によるエネルギーが供給される。電子回路2は回路9、読み取りセンサ−5、6と読み取りセンサー5、6より提供される信号の評価回路を作動させることに役立つ。
【００１８】
名称ＶＡＣ６０２５Ｚのもとに利用できるアモルファス状金属よりなるテープは、例えば強磁性コア−4の材料として役立つ。この材料の強制磁場の強さはＨｃ＝3mA/cmである。強磁性コア−4を磁気的に飽和状態にするためには、励磁コイル3を通って流れる電流Iは強制磁場の強さＨｃより約二十倍以上大きい値の磁場Ｈｓを発生させる必要がある。リング状の強磁性コア−4の外周の直径ＤがＤ＝1mmで、そして励磁コイル3の巻線の巻き数ｎがｎ＝4の時、
Ｉ＝20＊Ｈｃ＊Ｄ＊π/ｎ      （1）
上式によりＩ≒4.5ｍAの電流が得られる。強磁性コア−4はエヤ−ギャップが無いため、少しの磁場、従って低い電流Ｉで磁気的に飽和させることが可能である。
【００１９】
読み取りセンサー5、6として、磁場センサーは半導体チップ１の表面に水平に即ちｚ軸方向に走る磁場に感応する、ペアーで結合された四つのいわゆる垂直ホール素子10、11、12、13を持つことが望ましい。ホール素子10と12は直行座標系のｘ軸上に配置され、第一の読み取りセンサー5を形成する。従ってホール素子10と12は強磁性コア−4の中心を通って走る対称軸に関して直径方向に正反対の場所に配置される。ホール素子11と13は直行座標系のｙ軸上に配置され第二の読み取りセンサー6を形成する。
【００２０】
水平のホール素子10から13は常に強磁性コア−4の下側で外周端近辺に配置される。強磁性コア−4の相対透磁率μrはその周囲の相対透磁率にくらべて非常に大きいので、測定しようとする外部磁場の磁力線は強磁性コア−4の表面に殆ど直角に当たるか、または殆ど直角に出て行くかである。磁場の集中はホール素子10から13が存在する強磁性コア−の外周のあたりで最大となる。二つのホール素子10と12の出力信号は外部磁場のｘ成分の強さにより決まり、二つのホール素子11と13の出力信号は外部磁場のｙ成分の強さにより決まる。
【００２１】
図２は強磁性コアー4が、励磁コイル3（図1）を通って流れる電流により発生する磁場では飽和状態に達しない場合の外部磁場の磁力線14を示す。磁場はホール素子の一つ、例えばホール素子10の場所において強磁性コア−4へ進入し、もう一つのホール素子12の場所にて再度それから出て行くため、二つのホール素子10と12の場所における磁力線は異なる方向を指す。。二つのホール素子10と12は、ホ−ル素子10と12の中の外部磁場のｘ成分により発生するホール電圧は加算されるような方法で読み取りセンサー5（図1）として電気的に相互接続される。しかし二つのホール素子10と12に存在する外部磁場のｚ成分は同じｚ方向を指し、従って読み取りセンサー5には出力信号は生じない。
【００２２】
二つのホール素子10と12を読み取りセンサーとして常に電気的に相互接続せず、二つのホール素子10と12の出力信号を交互に加算又は減算させることが有利である。この方法では外部磁場のｘ成分又はｚ成分のどちらかが、二つのホール素子10と12の瞬時の電気的な相互接続に対応して読み取りセンサー5にて測定が可能である。しかし磁場のｚ成分の測定には磁場のｘ成分及びｙ成分のどちらもそのホール電圧を発生させないような強磁性コア−の端部付近でない所に位置する、別個のホール素子を用意することも出来る。
【００２３】
磁場のｚ成分が、強磁性コア−4により増幅される磁場のｘ成分やｙ成分に比べて無視できるほど小さい場合は、読み取りセンサー5と6の各々は、たった一つのホール素子例えば読み取りセンサー5はホール素子10で、そして読み取りセンサー6はホール素子11で構成することもできる。この場合磁場のｚ成分の測定には強磁性コア−4の端部付近でない所に位置する別個のホール素子を用意する。
【００２４】
励磁コイル3（図1）は強磁性コア−4を特定のタイミングで予め決められた磁化状態へ持ち込むことに役立つ。さあ、これが要するに、この磁化が読み取りセンサー5と6に信号を発生させないような方法で強磁性コア−4を磁化させるケースである。読み取りセンサー5、6に好ましくない信号を発生させる、外部の影響により引き起こされる強磁性コア−4に同時に発生する磁化はこれにより相殺される。
【００２５】
強磁性コア−はその磁化により発生する磁場が読み取りセンサー5，6に信号を発生させないような方法で磁化される。このことはこの磁場のいかなる成分もホール素子10から13の感応方向に直角に走るか、または読み取りセンサー5，6としてペアーで結合されるホール素子10，11，12，13の中を、これらにより発生するホール電圧が相殺されるように同じｚ軸方向に走ることを意味する。
【００２６】
以下にここではこれを適用することにより磁場センサーの感度向上になり、そしてまたは電流またはエネルギー消費量を下げる更なる測定について述べる。
【００２７】
励磁コイル3の巻き数がｎに増加すると、係数ｎにより励磁コイル3を通って流れる電流を減少させるか、またはリング状の強磁性コア−4の直径Dを増加させることが可能になり、そして式（1）によると、磁化に際し強磁性コア−4は同じ程度の飽和状態が得られる。強磁性コア−4の直径Dが増加すると磁束集束度は増大するが、空間の必要量が増加し、従って半導体チップ１の寸法が増加する。磁場センサーを可能な限り最も小型化する目的について考察すると、強磁性コア−4の直径Dが、電子回路2のためのスペ−スの必要条件を満たすように半導体チップ1の寸法に適合し、そして励磁コイル3の巻き数ｎが強磁性コア−4の寸法に適合する場合に、結果として最適条件が成立する。
【００２８】
具体例2
図3はリング状の強磁性コア−4を含んだ別の磁場センサーの設計図概観で、励磁コイル3はリング状の強磁性コア−と共に強磁性コア−4の下に配置されるスパイラル状の導線経路16を持つフラットコイル15（平らな巻き線）として形成される。導線経路16はスパイラル状に走るが、それにも拘らず強磁性コア−4と殆ど同心円状である。
【００２９】
導線経路16の第一の端17は当然リング状の強磁性コア−4の内側に、導線経路16の第二の端18は強磁性コア−の外側に位置する。第二の金属層に配置される導線経路19はリング状の強磁性コア−4の外側に配置される接続点20で第一の端17と接続する。（また図示されたボンドワイヤー8（接合線）は第二の具体例では出てこないが、しかし第三の具体例では重要である。）従って導線経路19はフラットコイル15と同様に強磁性コア−の同じ側に位置する。フラットコイル15の導線経路16はらせん状に走るが、半径方向に走る導線経路16の一部はフラットコイル15により発生する磁場には以下の理由で影響を与えない。即ち導線経路19を流れる電流はフラットコイル15を通って半径方向に流れる電流と反対方向に流れ、従ってそれを相殺する。従ってフラットコイル15により発生する磁場は同心円状に配置される導線経路により発生する磁場に一致する。
【００３０】
具体例3
この例は殆ど第二の具体例に一致するが、導線経路19の代わりにリング状強磁性コア−4の外側に配置される接続点20にてフラットコイル15の第一の端17と接続するボンドワイヤー8が存在する。フラットコイル15とボンドワイヤ−8は異なる側で強磁性コア−を横切るため、即ちフラットコイル15は下を、そしてボンドワイヤー8は上を横切るため、その結果、強磁性コア−を囲み、第一の具体例に於ける励磁コイルと同じような作用をする一回巻きの補助コイルが一つ存在することになる。第二の具体例と対照的にボンドワイヤー8を通って流れる電流はフラットコイル15を通って半径方向に流れる電流を相殺しない。フラットコイル15とボンドワイヤー8の組み合わせは、コア−4の磁化が読み取りセンサー5、6に信号を発生させないように予め決められた磁化状態に非常に効率的な方法で持ち込むことが出来る励磁コイル3に相当する。
【００３１】
以下に強磁性コア−4を予め決められた残留磁化状態に持ち込むために、三つの具体例に対して少なくとも一つの方法を述べる。この方法を実行中に励磁コイル3を通って流れる電流により一時的に発生する磁場が読み取りセンサー5，6に信号を発生させない状態でない場合は、この方法はなるべく磁場センサ−により外部磁場のｘとｙの成分の測定を行う前に実行した方がよい。
【００３２】
以下の方法1.1と1.2は第一の具体例に関係し、それらの効果は第一の具体例について述べており、ここでの用語や参照番号は第一の具体例に割り当てられた数字と関連づけている。
【００３３】
方法1.1
第一の方法では、強磁性コア−4を均一に磁化するため、予め決められた時間だけ磁化コイル3へ電流I（t）を印加する。励磁コイル3を通って流れる電流I（t）により発生する磁場B（t）は強磁性コア−4の中で同心円状に閉じた線に沿って走る。この磁場は円形磁場と呼ばれる。電流I（t）は例えば直流のパルス電流でその強さは最初は増加し次にゼロに減少する。外部の影響により生ずる磁化を完全に相殺するため、直流電流I（t）は強磁性コア−4がなるべく磁気的に飽和するまで、または磁気的に殆ど飽和するまで増加させ、そして再度ゼロに減少させる。直流電流I（t）の最大値はその強さが強磁性コア−4の材料の強制磁場力Hcより大きい、できれば2〜3倍大きい値の磁場を強磁性コア−4の中に発生させる。直流電流I（t）の最大値は干渉磁場により発生する強磁性コア−の磁気的反転が相殺できるような高い値を選ぶべきである。そうする場合、必要な電流の強さは強磁性コア−4の磁化曲線によって決まる。このようにして強磁性コア−4は磁化され、ここではその磁化は強磁性材料の残留磁気におおよそ一致する。第一の具体例にある強磁性コア−4のリング状の構造は、その磁化により発生する磁場の磁力線が強磁性コア−4の中で閉じているという利点がある。強磁性コア−の外側に磁化により発生する磁場はホール素子10〜13の感応方向に直角に走り、従ってホール電圧は発生しない。
【００３４】
図4Aはリング状コア−4が外部の干渉磁場により磁化された後の磁力線の進路を破線で示す。矢印は磁場の方向を示す。リング状のコア−は磁気双極子として作用し、読み取りセンサー5と6に好ましくない信号を発生させる。図4-Bはリング状のコア−4が前述した方法により磁気的に反転した後の磁力線の進路を示す。磁力線はコアー4の中で閉じて走る。磁化の強さはコア−4の材料の残留磁気に通常は一致する。
【００３５】
この第一の方法は外部磁場の各測定の前、または時々行うことができる。
【００３６】
方法2.1
この第二の方法は外部磁場の各測定のために行われる。測定は二つの個別の測定からなる。測定は以下のステップに従い行われる。
ステップ：
直流電流が励磁コイル3に印加され、これにより電流は励磁コイル3を通って第一の方向に流れる。
出力信号は読み取りセンサー5と6より読み取られる。
直流電流I（t）が励磁コイル3に印加され、これにより電流は励磁コイル3を通って第一の方向と反対の方向に流れる。
出力信号は読み取りセンサー5と6より読み取られる。
ステップｂとｄで読み取りセンサー5より読み取られた出力信号は加算され、そして読み取りセンサー6により測定された出力信号が加算される。
【００３７】
この方法では、強磁性コア−4の材料の不均質性により生ずるホール素子10〜13の近辺に局部的に発生する磁気分散の影響を、以下のような状況で減少させることができる。即ち磁気分散は第一の個別測定で出力信号にプラス要素として作用し、第二の個別測定で出力信号にマイナス要素として作用するため、ステップeでの合計によりお互いにキャンセルされる。
【００３８】
方法1.2と2.2は第二の具体例に関するもので、これらの効果は第二の具体例について記述されており、ここで用語や参照番号は第二の具体例に付けられた数字と関連づけている。
【００３９】
方法1.2
この方法では直流電流が励磁コイル3に予め決められた時間だけ印加される。フラットコイル15を流れる電流Ｉ（ｔ）は強磁性コア−を半径方向に磁化する。磁化の磁力線の進路はｚ平面の断面を表す図5に矢印21で表現される。フラットコイル15により、強磁性コア−４は効率的な方法で磁化することができる。この磁化に関しては磁力線は強磁性コア−4の中で閉じていない。半径方向の磁化は強磁性コア−4の外側に残留磁場を発生させる。しかしこの磁場は強磁性コア−4の対称軸に対して対称である。この磁場の磁力線は全てのホール素子10〜13に対して同一方向に走るため、従って全てのホール素子10〜13に同一のホール電圧を発生させる。読み取りセンサー5と6は夫々二つの反対に接続されるホール素子より構成されるため、これらのホール電圧は読み取りセンサー5と6の出力信号に影響を与えない。
【００４０】
方法2.2
この方法では交流電流が励磁コイル3に印加される。フラットコイル15と電気的に導電性のある強磁性コア−4は変圧器として作用し、ここではフラットコイル15はｎ回巻の一時巻線を形成し、強磁性コア−4は一回巻の二次巻線を形成する。従って理想的な結合状態では、強磁性コア−4に誘導される交流電流はフラットコイル15を通って流れる交流電流よりｎ倍大きい。強磁性コア−4に誘導される交流電流は、強磁性コア−4に磁力線が図6で示される進路をとるコア−4の交流磁化状態を生じさせ、これらの磁力線は強磁性コア−4の中で閉じている。
【００４１】
方法1.3と2.3は第三の具体例に関するものであり、これらの効果は第三の具体例に関して述べられ、ここで用語や参照番号は第三の具体例に割り当てられた数字に関連づけている。付加コイルを通って流れる電流は強磁性コア−4に円形磁場を発生させ、これはフラットコイル15により形成される磁場に重畳される。最終的な効果としてはフラットコイル15とボンドワイヤ−8により形成される励磁コイル3に、直流電流または交流電流のどちらが印加されるかにより決まる。
【００４２】
方法1.3
直流電流が励磁コイル3に印加される（方法1.1と2.1と同様に）。フラットコイル15のせいで、強磁性コア−4は第二の具体例の方法1.2と同様に効率的な方法で磁化される。付加コイルは追加的に第一の具体例の場合と同様に強磁性コア−4に円形磁場を生じさせる。強磁性コア−4の最終的な磁化状態は今度はもはや半径方向ではなく付加的に接線方向の成分を持つ。この磁化状態は図7に示される。図7は強磁性コア−4の設計図概観である。磁化の局部的な方向は矢印21により描かれる。直流電流を切ると強磁性コア−4の個々の磁区における磁化は接線方向に変わり磁力線は閉じる。
【００４３】
直流電流を切ると、従ってこれはすでに先に述べた様に、その磁場は読み取りセンサーに信号を発生させないという利点を持つ強磁性コア−4の円形磁場が自動的に形成される。
【００４４】
ボンドワイヤー8により実現される一回巻きの巻線の代わりになる付加コイルについては、いくつかの巻き数が考えられ、第一の具体例と同様に例えば導線経路とボンドワイヤー8にて実現される。フラットコイル15の巻き数の数や付加コイルの巻き数の数は円形磁化が最小のエネルギーで達成可能なように、お互いに適合するように調整することになる。
【００４５】
方法2.3
一定振幅の交流電流が励磁コイル3に印加されると、強磁性コア−4の中の磁区はらせん状になる。もし交流電流が切れると磁区はそれらにより発生する磁場の磁力線が閉じることができるように自動的に方向を変える。この様にして強磁性コア−4の円形磁化は方法1.3の場合と同様に達成することが出来る。
【００４６】
述べてきた具体例については水平ホール素子10〜１３が外部磁場の測定用センサーとして使われる。しかし水平ホール素子10〜13の代わりに表面に平行に走る磁場に感応する、いわゆる垂直ホール素子を使うことも可能である。図2より、強磁性コア−4の下部外周端に代わり、垂直ホール素子を磁力線が殆ど水平に走る強磁性コア−4のやや外側に配置しなければならない。更にホール素子の代わりに磁気抵抗センサーまたは磁気トランジスターも使うことができる。しかし強磁性コア−4に発生する磁化が水平ホール素子に対すると同様の影響をこの様なセンサーに与えるかどうかはよく調べなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】：外部磁場の二成分の測定のためのリング状強磁性コア−を有する磁場センサ            −の設計図概観
【図２】：磁場センサーの断面と磁力線
【図３】：磁場センサーの別図
【図４Ａ４Ｂ】：異なる磁化状態のリング状コア−
【図５６】：強磁性コア−内の磁力線進路
【図７】：特別な方法で磁化されたリング状強磁性コア−
【符号の説明】
【００４８】
図１
1：半導体チップ
2：電子回路
3：励磁コイル
4：リング状強磁性コア−
5、6：読み取りセンサー
７：導線経路（7）
8：ボンドワイヤー
9：回路
10、11、12、13：ホール素子
X：ｘ軸
Y：ｙ軸
図2
４：強磁性コア−
10、11：ホール素子
14：外部磁場の磁力線
図3
3：励磁コイル
4：強磁性コア−
8：ボンドワイヤー
9：回路
10.、11、12、13：ホール素子
15：フラットコイル
16：導線経路（16）
17：導線経路（16）の一端
18：導線経路（16）の他端
19：導線経路（19）
20：接続点
X：ｘ軸
Y：ｙ軸
図4A
4：強磁性コア−
図4B
4：強磁性コア−
図5
1：半導体チップ
4：強磁性コア−
16：導線経路（16）
21：磁化による磁力線の方向
図6
1：半導体チップ
4：強磁性コア−
16：導線経路（16）
21：磁化による磁力線の方向
図7
4：強磁性コア−
21：磁化による磁力線の方向性コア−（4）を持ち込むために、励磁コイル（3）に電流を一時的に印加する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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