(57)【要約】  本発明の課題は、電気機械及び磁気軸受におけるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法を提供し、このフレキシブル薄膜磁気センサ素子を、空隙幅を実質的に制限することなく空隙に配置することができるようにすることである。この課題は、少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法において、前記少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子は、空隙内において、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の主要要素の少なくとも１つの上又は側に、非平面表面上に取り付けられており、前記空隙内の磁束密度を測定するために、及び／又は、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器を制御及び／又は監視するために、空隙内の前記主要要素の少なくとも１つの前記非平面表面を、少なくとも部分的に覆っている、ことを特徴とする少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によって解決される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法であって、
前記少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子は、空隙内において、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の主要要素の少なくとも１つの上又は側に、非平面表面上に取り付けられており、前記空隙内の磁束密度を測定するために、及び／又は、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器を制御及び／又は監視するために、前記空隙内の前記主要要素の少なくとも１つの前記非平面表面を、少なくとも部分的に覆っている、
ことを特徴とする少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法。
【請求項２】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記空隙内において、回転電気機械のステータ又はロータのような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項３】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記空隙内において、リニア電気機械の一次部分又は二次部分のような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項４】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記磁気軸受のステータ又はロータのような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項５】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、非接触式エネルギ伝達装置の一次部分又は二次部分のような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項６】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記非平面表面の少なくとも５％、有利には９５％に至るまでを覆う、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項７】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、少なくとも０．１ｍｍ幅、少なくとも０．１ｍｍ長、及び、少なくとも１μｍ厚の寸法を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項８】
前記非平面表面上に互いに隣り合って及び／又は重なり合って配置されている、複数のフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項９】
対称に配置された２つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１０】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、有利にはポリマー又はＳｉからなるフレキシブル基板上にある、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１１】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、有利にはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及び／又は、これらの合金、又は、ホイスラー合金、有利にはＦｅ３Ｓｉ，Ｃｕ２ＭｎＡｌからなる少なくとも１つの磁性層を含む複数の層からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１２】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、少なくとも１つの磁性材料、有利にはＣｏ／Ｃｕ、Ｐｙ／Ｃｕ、及び／又は、Ｃｕ／Ｒｕを含む１つ以上のマルチレイヤーシステムからなる、
ことを特徴とする請求項１１記載の使用方法。
【請求項１３】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、少なくとも０．５ｎｍ厚の層からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１４】
ビスマスのような金属材料又は半導体材料をベースにしたホールセンサとして前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子工学分野、材料工学分野、機械工学分野に関連し、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器において磁束密度を測定するために使用可能な、フレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法に関する。
【０００２】
弾性の電子素子は、現在、広く科学的に研究されている。なぜなら弾性の電子素子は、幅広い用途にとっての関心事項であり、製造後にもさらにその形状を研究対象に適合できるという可能性を提供するからである。現在のところ特に、弾性の光電子素子（Kim et al., Nature Mater. 2010, 9, 929-937）と、弾性の磁性素子（Melzer et al., Nano Letters 2011, 11, 2522-2526）と、弾性の電子素子（Kim et al., Nature Mater. 2011, 10, 316-323）が研究されている。
【０００３】
弾性の磁性素子の場合には、４．５％に達する延伸率を有する、延伸性の磁気センサ素子が知られている（Melzer et al., Nano Letters 2011, 11, 2522-2526）。
【０００４】
電気機械又は磁気軸受に存在する最大空隙磁束密度を測定するために、ホール効果を利用した変形不能の剛性のセンサが知られている。この用途のためには、特にセンサの厚さが重要であり、このセンサの厚さは、信号伝送用のコンタクト部のための１５０μｍを含めて最小２５０μｍである。
【０００５】
さらには、剛性のホールセンサを、回転用途において使用するため（Bleuler et al., Automatica Vol. 30 No. 5, S. 871 -876）及び非回転用途において使用するため（Yi et al., Proceedings of the 34th Conference on Decision and Control, New Orleans 1995）に、種々の研究が知られている。
【０００６】
非同期モータを磁束に基づいて制御するために、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の使用も提案された（Nerguizian et al., European Micro and Nano Systems, EMN 2004, Paris ISBN: 2-84813-037-7）。
【０００７】
これら公知の解決方法の欠点は、センサ素子を収容可能とするために、比較的大きな空隙幅を設けなければならないことである。さらなる欠点は、剛性のセンサエレメントの横方向の拡がりがほんの少ししかないことである。これによって、空隙磁束密度が点状にしか測定できなくなってしまい、空隙全体における磁界に関して必ずしも充分に良好な結果が提供されなくなってしまう。
【０００８】
さらには、電気機械の磁気軸受のステータ極又はステータ歯の周囲に巻回されているセンサコイルを介して空隙磁束密度を測定することが知られている（Schweitzer, G. et al.: Magnetic Bearings. Theory, Design and Application to Rotating Machinery. Springer, Berlin, 2009）。
【０００９】
本発明の課題は、電気機械及び磁気軸受におけるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法を提供し、このフレキシブル薄膜磁気センサ素子を、空隙幅を実質的に制限することなく空隙に配置することができるようにすることである。
【００１０】
この課題は、請求項に記載した本発明によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の対象となっている。
【００１１】
本発明によれば、少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子であって、前記少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子は、空隙内において、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の主要要素の少なくとも１つの上又は側に、非平面表面上に取り付けられており、前記空隙内の磁束密度を測定するために、及び／又は、測定された前記磁束密度に基づいて前記電磁エネルギ変換器及び前記磁気機械エネルギ変換器を制御及び／又は監視するために、前記空隙内の前記主要要素の少なくとも１つの前記非平面表面を、少なくとも部分的に覆っている、少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子が使用される。
【００１２】
有利には、空隙内において、回転電気機械のステータ又はロータのような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、フレキシブル薄膜磁気センサ素子が使用される。
【００１３】
同様に有利には、空隙内において、リニア電気機械の一次部分又は二次部分のような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、フレキシブル薄膜磁気センサ素子も使用される。
【００１４】
さらに有利には、空隙内において、磁気軸受のステータ又はロータのような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、フレキシブル薄膜磁気センサ素子が使用される。
【００１５】
また有利には、空隙内において、非接触式エネルギ伝達装置の一次部分又は二次部分のような主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、フレキシブル薄膜磁気センサ素子も使用される。
【００１６】
非平面表面の少なくとも５％、有利には９５％に至るまでを覆う、フレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００１７】
同様に、少なくとも０．１ｍｍ幅、少なくとも０．１ｍｍ長、及び、少なくとも１μｍ厚の寸法を有するフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００１８】
さらに、非平面表面上に互いに隣り合って及び／又は重なり合って配置されている、複数のフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用すると有利である。
【００１９】
対称に配置された２つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００２０】
有利にはポリマー又はＳｉからなるフレキシブル基板上にあるフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００２１】
また同様に、有利にはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及び／又は、これらの合金、又は、ホイスラー合金、有利にはＦｅ３Ｓｉ，Ｃｕ２ＭｎＡｌからなる少なくとも１つの磁性層を含む複数の層からなるフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００２２】
さらに、少なくとも１つの磁性材料、有利にはＣｏ／Ｃｕ、Ｐｙ／Ｃｕ、及び／又は、Ｃｕ／Ｒｕを含む１つ以上のマルチレイヤーシステムからなるフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用すると有利である。
【００２３】
少なくとも０．５ｎｍ厚の層からなるフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００２４】
Ｂｉ又は半導体材料をベースにしたホールセンサとしてフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用しても有利である。
【００２５】
本発明によって初めて、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の空隙内の磁束密度を、装置側で規定された空隙幅を実質的に制限することなく確実に測定することが可能となる、及び／又は、測定された値に基づいて電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器を監視及び／又は制御することが可能となる。
【００２６】
空隙内の磁束密度の測定は、有利には種々の制御タスクのために使用することができる。磁気軸受の場合には、径方向及び軸方向のロータ位置の制御を支持することができる。電気機械の場合には、高動的なフィールド指向制御を改善することができる。ベアリングレスモータの場合には、ラジアル軸受及びロータ角度の組み合わせ型制御を支持することができる。
【００２７】
とりわけ、測定された磁性密度は、電気機械のモニタリングのために使用することができる。
【００２８】
空隙とは、回転電気機械又はリニア電気機械又は磁気軸受又は非接触式エネルギ伝達装置の主要要素の表面と表面の間にある領域又は空間のことであり、これらの表面が磁束を導いている。この磁束は、回転電気機械及び／又はリニア電気機械及び／又は磁気軸受及び／又は非接触式エネルギ伝達装置における磁力及び／又はトルクを形成するために使用されるものである。
【００２９】
本発明によれば、薄膜磁気センサ素子は、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の空隙内において、必ず少なくとも１つの主要要素の上に配置される。
【００３０】
しかしながら本発明によれば、薄膜磁気センサ素子を、例えば１つのロータと２つのステータ積層体というように３つ以上の主要要素を有する電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の空隙内において、これら３つの主要要素のうちの２つの上に配置すること、例えば前記２つのステータ積層体の上に配置することも可能である。
【００３１】
本発明における薄膜磁気センサ素子という用語は、磁束密度を測定するために使用される薄膜磁気センサ素子であると理解すべきである。この際に、薄膜磁気センサ素子が完全に磁性材料からなるか、又は、部分的に磁性材料からなるかは重要ではない。
【００３２】
さらには、本発明におけるフレキシブル薄膜磁気センサ素子という用語は、素子全体が機械的なフレキシビリティを有するセンサ素子であると理解すべきである。つまり、このフレキシブル薄膜磁気センサ素子の場合、支持体材料だけではなくセンサ素子そのものも、集積された電線及び封止層をも含めて、機械的にフレキシブルなのである。
【００３３】
本発明における電磁エネルギ変換器という用語は、電気機械、能動型磁気軸受、ベアリングレス機械、及び、非接触式誘導性エネルギ伝達装置であると理解すべきである。本発明における磁気機械エネルギ変換器という用語は、受動型磁気軸受であると理解すべきである。
【００３４】
本発明による解決方法は、回転電気機械、リニア電気機械、非接触式誘導性エネルギ伝達機械、能動型磁気軸受、及び、受動型磁気軸受のために使用すべきである。
【００３５】
電気機械は、モータ又はジェネレータとして動作し、回転運動又は線形運動を行うことができる。
【００３６】
電気機械は、電気モータ又はジェネレータのような回転電気機械と、リニアモータのようなリニア電気機械と、変圧器のような静止電気機械とに分類することができる。
【００３７】
回転電気機械、リニア電気機械、能動型磁気軸受は、電磁エネルギ変換器である。
【００３８】
受動型磁気軸受は、磁気機械エネルギ変換器である。
【００３９】
ベアリングレス機械は、ロータ又はキャリッジが別個の磁気軸受を用いることなく磁力によって非接触に支承される電気機械である。ベアリングレス機械のステータは、トルクを形成するための巻線と、支承のための負荷能力を形成するための巻線とを含む。ベアリングレス機械は、回転運動、リニア運動、又は、両方の運動を行うことができる。
【００４０】
本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、磁束密度及び有利には空隙磁束密度を測定した測定結果は、回転電気機械、リニア電気機械、非接触式誘導性エネルギ伝達装置、及び、能動型磁気軸受の場合には、制御及び／又はモニタリングのために使用し、受動型磁気軸受の場合には、モニタリング（監視）のために使用することができる。
【００４１】
磁気軸受は、動いている主要要素（ロータ又はキャリッジ）を支承することができる。
【００４２】
磁気軸受においては、「受動型磁気軸受」と「能動型磁気軸受」は異なるものである。受動型磁気軸受は、永久磁石しか有さない。能動型磁気軸受は、少なくとも１つの電磁石を有し、付加的に永久磁石も有することができる。能動型磁気軸受の場合には、支承すべき部材（ロータ又はキャリッジ）の位置が、電磁石によって制御される。
【００４３】
空隙磁束密度のような磁束密度の測定は、本発明によれば、少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子を、空隙を画定している装置要素のうち少なくとも１つの装置要素の非平面表面上に、固定的に配置することによって達成される。
【００４４】
フレキシブル薄膜磁気センサ素子そのものは公知である。フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、層厚さが通常１〜１００μｍの範囲にある薄膜部材であって、層の厚さが薄いので、このフレキシブル薄膜磁気センサ素子は、通常０．３〜１ｍｍの空隙幅を有する電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の空隙幅においてほんの小さなスペースしか必要とせず、従って既存の空隙幅を、ほんの少しから非常に少ししか制限しない。
【００４５】
それどころか本発明による解決方法によれば、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の性能及び寿命を低減することなく、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の空隙幅を０．３ｍｍ未満にまで低減することが可能となる。
【００４６】
本発明による解決方法の利点は、空隙内における非平面表面の広範囲を薄膜磁気センサ素子によって覆うことができるので、実質的に、空隙幅における磁束密度を完全に測定することが可能となるということにある。従って、例えばステータ極又はステータ歯のような非平面表面を形成する装置要素の幾何形状の変化によって磁束密度が局地的に異なることに基づく測定への影響を、除去することができる。製造に起因して空隙幅が一定ではないことによっても磁束密度に差が生じるが、これによる影響も本発明によって除去することが可能である。
【００４７】
能動型磁気軸受の場合には、支承すべき対象（ロータ又はキャリッジ）のポジショニングのために制御が必須である。このために、本発明に基づいて使用される薄膜磁気センサ素子によれば、空隙磁束密度及びロータ／キャリッジの位置が、別個の位置測定システムによって検出される。これら２つのパラメータに基づいて、ロータを安定してポジショニングすることができる。このことは１つ又は複数の制御器を用いて実現することができる。
【００４８】
回転電気機械又はリニア電気機械の場合には、本発明に基づいて使用される薄膜磁気センサ素子によって測定された空隙磁束密度は、一方ではモニタリングのために、他方では磁束制御のために利用することができる。
【００４９】
本発明の解決方法のさらなる利点は、永久磁石を有する装置においても使用可能なことである。
【００５０】
本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、例えば磁気軸受における磁束密度、有利には空隙磁束密度が測定され、この測定値を、支承すべき対象（例えばロータ）の位置を制御するため、又は、磁気軸受のモニタリングのために使用することができる。求められた空隙磁束密度の測定値に基づいた、このような磁束ベースの制御は、動的な軸受パラメータである剛性及び減衰の増加を制御ループの帯域幅内で供給することができ、パラメータ変動に対する軸受のロバスト性を格段に高くすることができる。
【００５１】
本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、回転電気機械又はリニア電気機械における磁束密度、有利には空隙磁束密度が測定され、この測定値を、回転運動（トルク及び／又は回転数及び／又は回転角）の制御のため、及び／又は、モニタリングのために使用することができる。
【００５２】
本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、磁束密度、有利には空隙磁束密度が測定され、この測定値を、回転運動（トルク及び／又は回転数及び／又は回転角）の制御のため、及び、支承すべき対象（例えばロータ）の位置の制御のため、及び／又は、ベアリングレスモータのモニタリングのために使用することができる。
【００５３】
本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、非接触式誘導性エネルギ伝達装置における磁束密度、有利には空隙磁束密度が測定され、この測定値を、エネルギ伝達（一次側及び／又は二次側における電流及び／又は電圧）の制御のため、及び／又は、モニタリングのために使用することができる。
【００５４】
本発明による解決方法によれば、漏れ磁束の影響及び渦電流による磁束形成の遅延の影響を、制御のために除去することができ、これによって磁束監視構造又は評価構造を用いることなく磁束を制御することが可能となり、このような機械のモニタリングが支持される。
【００５５】
フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、空隙内において形状結合及び／又は素材結合によって配置される。なぜなら、測定中にフレキシブル薄膜磁気センサ素子の位置が変化すると、桁違いの測定結果が生じ得るからである。薄膜磁気センサ素子は、有利には非平面表面上に接着することができる。給電及び測定値検出のために、薄膜磁気センサ素子をコンタクトさせることができる。フレキシブル薄膜磁気センサ素子がホール効果に基づいて測定を行う場合には、ホール電圧が測定される。測定が磁気インピーダンス効果に基づいて行われる場合には、電気抵抗が測定される。
【００５６】
磁気インピーダンス効果は、磁界が印加された際の磁性材料の複素抵抗の変化を表している。磁気インピーダンス効果には、異方性磁気抵抗効果（Anisotropic magnetoresistance AMR）、巨大磁気抵抗効果（Giant magnetoresistance GMR）、トンネル磁気抵抗効果（Tunnel magnetoresistance TMR）と巨大磁気インピーダンス効果（Giant magnetoimpedance GMI）などのような、全ての磁気抵抗効果が含まれる。
【００５７】
磁気インピーダンス効果を有する磁性材料として、
・ＦｅＣｏＢＳｉ合金のように、磁気インピーダンス効果（MI）及び/又は巨大磁気インピーダンス効果（GMI）を有し、
・基本磁石であるＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ及びこれらの合金のように、異方性磁気抵抗効果（Anisotropie magnetoresistance AMR）を有し、
・Ｃｏ／Ｃｕ，Ｐｙ／Ｃｕ，Ｆｅ／Ｃｒ積層体のように、巨大磁気抵抗効果（Giant magnetoresistance GMR）を有し、
・Ｆｅ／Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ層、Ｆｅ／ＭｇＯ／Ｆｅ層のように、トンネル磁気抵抗効果（Tunnel magnetoresistance TMR）を有し、
・ＬａＭｎＯ３のように、巨大磁気抵抗効果を有する、
全ての公知の材料を使用することができる。
【００５８】
薄膜磁気センサ素子の構造高さが低いという利点の他に、本発明による解決方法のさらなる利点はそのフレキシビリティであり、これによって取り付けの際や適合の際、及び使用の際における薄膜磁気センサ素子の変形、曲げ、及び／又は、延伸が可能となっている。これによって薄膜磁気センサ素子は、電気機械、非接触式誘導性エネルギ伝達装置、又は、磁気軸受の非平面表面に問題なく適合することができ、かつ安定的及び確実に動作することができる。薄膜磁気センサ素子は、磁気軸受、電気機器、又は、非接触式誘導性エネルギ伝達装置のステータ、ロータ、一次部分、又は二次部分に取り付けることができる。非平面表面の具体的な形状は実質的に重要ではなく、例えば非平面表面の粗度又は気孔率も同じく重要ではない。
【００５９】
フレキシブル薄膜磁気センサ素子が非平面表面上のできるだけ広い面積を覆うと有利である。これによって確実な測定結果が達成される。同様にして、特に空隙内の個々の構造化された要素によって引き起こされる電界の歪みが回避される。
【００６０】
薄膜磁気センサ素子によって、磁気軸受、電気機械、又は、非接触式誘導性エネルギ伝達装置の全動作領域において、空隙の磁束密度の測定を実施することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を、実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００６２】
実施例１
直径１０１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウェハ（Ｓｉ（１００）ウェハ）の上に、フォトレジスト（AZ（登録商標）5214E）からなる付着防止層が、３５００回転／分で３５秒間スピンコートされ、ホットプレート上にて１２０℃で５分間硬化される。続いて、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）と架橋剤（Sylgard（登録商標）184）とからなる混合物（１０：１）が、４０００回転／分で３５秒間スピンコートされる。このゲル状のポリマー混合物は、乾燥オーブンにおいて１２０℃で１時間硬化され、２０μｍ厚の弾性のポリマーフィルム（ゴムフィルム）が形成される。その後、Ｓｉ（１００）ウェハの上にあるＰＤＭＳフィルムを（室温で）冷却すると、弾性ポリマー（ゴム）の熱収縮が、堅固なシリコンウェハによって抑制される。なぜなら、２つの材料の熱膨張係数が著しく異なるからである（ＰＤＭＳは９．６×１０−４Ｋ−１、シリコンは２．６×１０−６Ｋ−１）。このようにして弾性のポリマーフィルムは、熱に基づいて延伸される。この弾性のポリマーフィルムが、フレキシブル基板である。
【００６３】
その後、予め延伸されたポリマー表面の上に、２ｎｍのクロム（接着剤層）＋７０ｎｍのビスマス（ホール層）＋３ｎｍのタンタル（カバー層）からなる薄膜磁気センサ素子として、ホール層システムが堆積される。この積層体はホール効果を有し、このホール効果は、フィルム平面に対して垂直の磁界を測定するために使用される。このようにして被覆されたＰＤＭＳフィルムは、Ｓｉ（１００）ウェハの上で、２０ｍｍ×１０ｍｍの長方形（ステータ極の表面の寸法に基づく）に切断され、このフィルムはウェハから取り外される。ポリマー層をウェハから剥離すると、熱に基づいた延伸が弛緩し、これによってポリマーフィルムは収縮する。この収縮によって、ポリマーフィルムの上にある非圧縮性のセンサ層に褶曲構造が形成される。これらの褶曲部が、薄膜磁気センサ素子を曲げた際の機械的ストレスによる損傷から、センサ層を保護している。これによって薄膜磁気センサ素子は最終的に、フレキシブル基板の上で曲げやすくなる。このセンサ層システムをホールセンサの配置で（４本のワイヤを矩形の配置に）コンタクトさせた後、ＰＤＭＳ層が、上に挙げたパラメータで改めてスピンコートされ、薄膜磁気センサ素子の封止が実現される。
【００６４】
この薄膜磁気センサ素子は、ラジアル磁気軸受のステータ極の屈曲した表面上の全域に接着され（５０μｍの接着層）、３５０μｍ幅の非常に小さい空隙内において誘導センサとして使用される。ここでの磁気軸受は、ホモポーラ型のバイアス磁束とヘテロポーラ型の制御磁束とを有する、永久磁石によってバイアス磁界が加えられたラジアル軸受である。この磁気軸受は、４つのステータ極になる、２つのプレート積層型ステータから形成される（ステータ長さ１０ｍｍ、内径４０ｍｍ、外径９０ｍｍ）。ステータ極には、それぞれコイルが巻回されている。各ステータ極は、それぞれ２０ｍｍ幅である。２つのステータの間には４つの永久磁石（長さ１０ｍｍ）が、それぞれ外径においてステータ極の列に配置されている。永久磁石は、扇形形状である（内径７０ｍｍ、外径９０ｍｍ、角度４５°）。ロータの外径は３９．３ｍｍであり、従って、空隙幅は３５０μｍとなる。ロータは、ロータ軸（直径１９．３ｍｍ）とロータプレート積層体（内径１９．３ｍｍ、外径３９．３ｍｍ）とからなる。
【００６５】
ラジアル磁気軸受の空隙内に配置される、接着剤層を有する薄膜磁気センサ素子の全体の厚さは、１５０μｍである。本発明によるフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法によれば、機械的な空隙幅は実質的に制限されなかった。
【００６６】
ステータ極上に集積されたこのセンサ機器は、測定した空隙磁束密度を供給し、この空隙磁束密度は、下位の磁束制御装置を備えたリニア位置制御装置からなるカスケード構造の制御パラメータとして、又は、磁束に基づいたモデルベース制御のために、フィードバックすることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月20日(2014.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法であって、
前記少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子は、空隙内において、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器の主要要素の少なくとも１つの上又は側に、非平面表面上に取り付けられており、前記空隙内の磁束密度を測定するために、及び／又は、電磁エネルギ変換器及び磁気機械エネルギ変換器を制御及び／又は監視するために、前記空隙内の前記主要要素の少なくとも１つの前記非平面表面を、少なくとも部分的に覆っている、
ことを特徴とする少なくとも１つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子の使用方法。
【請求項２】
前記主要要素は、回転電気機械のステータ又はロータであり、
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記空隙内において、前記主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項３】
前記主要要素は、リニア電気機械の一次部分又は二次部分であり、
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記空隙内において、前記主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項４】
前記主要要素は、磁気軸受のステータ又はロータであり、
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項５】
前記主要要素は、非接触式エネルギ伝達装置の一次部分又は二次部分であり、
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記主要要素の少なくとも１つの上又は側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項６】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記非平面表面の少なくとも５％を覆う、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項７】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、前記非平面表面の９５％に至るまでを覆う、
ことを特徴とする請求項６記載の使用方法。
【請求項８】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、少なくとも０．１ｍｍ幅、少なくとも０．１ｍｍ長、及び、少なくとも１μｍ厚の寸法を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項９】
前記非平面表面上に互いに隣り合って及び／又は重なり合って配置されている、複数のフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１０】
対称に配置された２つのフレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１１】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、ポリマー又はシリコンからなるフレキシブル基板上にある、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１２】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及び／又は、これらの合金、又は、ホイスラー合金からなる少なくとも１つの磁性層を含む複数の層からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１３】
前記ホイスラー合金は、Ｆｅ３Ｓｉ又はＣｕ２ＭｎＡｌである、
ことを特徴とする請求項１２記載の使用方法。
【請求項１４】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｐｙ／Ｃｕ、及び／又は、Ｃｕ／Ｒｕを含む１つ以上のマルチレイヤーシステムからなる、
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の使用方法。
【請求項１５】
前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子は、少なくとも０．５ｎｍ厚の層からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１６】
金属材料又は半導体材料をベースにしたホールセンサとして前記フレキシブル薄膜磁気センサ素子を使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
【請求項１７】
前記金属材料は、ビスマスからなる、
ことを特徴とする請求項１６記載の使用方法。
【国際調査報告】
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