柔性磁性薄層傳感器元件的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及電氣工程、材料工程和機(jī)械工程領(lǐng)域并且涉及柔性磁性薄層傳感器元件的用途，這些薄層傳感器元件可以用于在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器中的磁通密度的測量。該解決方案的任務(wù)是，給出能夠放置在氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件的在電機(jī)和磁性軸承中的用途，而不大幅限制氣隙寬度。這個(gè)任務(wù)通過至少一個(gè)柔性磁性薄層傳感器元件的用途解決，該薄層傳感器元件安裝在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)主要元件上的或至少一個(gè)主要元件處的氣隙中的非平面表面上，并且在氣隙中至少部分遮蓋至少一個(gè)主要元件的非平面表面，用于在氣隙中測量磁通密度并且/或者用于調(diào)節(jié)和/或監(jiān)測電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器。
【專利說明】柔性磁性薄層傳感器元件的用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣工程、材料工程和機(jī)械工程領(lǐng)域并且涉及柔性磁性薄層傳 感器元件的用途，這些薄層傳感器元件可以用于測量電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械 (magnetomechanisch)能量轉(zhuǎn)換器中的磁通密度。

【背景技術(shù)】
[0002] 彈性電子元器件目前受到了廣泛科學(xué)研究，這是因?yàn)樗鼈優(yōu)閺V大的應(yīng)用所關(guān) 注并且提供了根據(jù)它們的制造以及它們的形狀來匹配研究對象的可能性。目前研究的 尤其是彈性光電元器件（Kim等人，Nature Mater. 2010, 9, 929-937)、彈性磁性元器件 (Melzer 等人，Nano Letters2011,11,2522-2526)和彈性電子兀器件（Kim 等人，Nature Mater. 2011，10, 316-323)。
[0003] 在彈性磁性元器件的情況下，公知了帶有直至4. 5%的延伸性的可伸縮磁性傳感 器元件（Melzer 等人，Nano Letters2011, 11，2522-2526)。
[0004] 為了測量在電機(jī)或磁性軸承中存在的最大氣隙磁通密度（Luftspaltinduktion) 公知了剛性的、不能變形的傳感器，其利用了霍爾效應(yīng)。對于這些應(yīng)用，傳感器厚度是特別 重要的，該傳感器厚度為最小250 μ m加上用于信號傳輸觸點(diǎn)的150 μ m。
[0005] 此夕卜，公知有不同的研究，針對在旋轉(zhuǎn)式（Bleuler等人，Automatica ν〇1·30Νο· 5, S. 871-876)或者非旋轉(zhuǎn)式（Yi 等人，Proceedings of the34th Conference on Decision and Control，新奧爾良，1995)應(yīng)用中的使用剛性霍爾傳感器。
[0006] 對于異步電機(jī)的基于通量的調(diào)節(jié)還提出了使用微型電機(jī)系統(tǒng) (MEMS)。 （Nerguizian 等人，European Micro and Nano Systems，EMN2004,巴 黎，ISBN:2-84813-037-7)
[0007] 這些公知的解決方案的缺點(diǎn)是，必須存在相對較大的氣隙寬度，以便能夠容納傳 感器元件。此外的缺點(diǎn)是剛性傳感器元件的橫向延展只能是微小的。這還導(dǎo)致僅點(diǎn)狀地測 量氣隙磁通密度并且必然無法給出關(guān)于在整個(gè)氣隙中的場的足夠良好的結(jié)果。
[0008] 此外公知的是，經(jīng)由傳感器線圈測量氣隙磁通密度，該傳感器線圈圍繞電機(jī)的磁 性軸承的定子極或定子齒纏繞。（Schweitzer, G.等人：Magnetic Bearings. Theory, Design and Application to Rotating Machinery. Springer,柏林，2009)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 該解決方案的任務(wù)是，給出能夠放置在氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件的一種 在電機(jī)和磁性軸承中的用途，而不會(huì)大幅限制氣隙寬度。
[0010] 這個(gè)任務(wù)通過在權(quán)利要求中給出的發(fā)明解決。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求的 主題。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，為了測量氣隙中的磁通密度并且/或者為了在已測得的磁通密度的 基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)和/或監(jiān)測電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器使用至少一個(gè)柔性磁性薄層 傳感器元件，其被安裝到在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)主要元件上 或至少一個(gè)主要元件處的氣隙中的非平面表面上并且在氣隙中至少部分遮蓋至少一個(gè)主 要元件的非平面表面。
[0012] 有利地，使用布置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的至少一個(gè)主要元件（例如定子或轉(zhuǎn)子）上或主要 元件處的氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0013] 同樣有利的是使用布置在線性電機(jī)的至少一個(gè)主要元件（例如主零件或次級零 件）上或主要元件處的氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0014] 此外還有利地使用布置在磁性軸承的至少一個(gè)主要元件（例如定子或轉(zhuǎn)子）上或 主要元件處的氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0015] 并且還有利地使用布置在非接觸式能量傳輸器的至少一個(gè)主要元件（例如主零 件或次級零件）上或主要元件處在氣隙中的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0016] 還有利地使用實(shí)現(xiàn)遮蓋至少5%、有利地遮蓋直至95%的非平面表面的柔性磁性 薄層傳感器元件。
[0017] 同樣有利的是，使用具有至少0. 1mm的寬度和至少0. 1mm的長度以及至少1 μ m的 厚度的規(guī)格的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0018] 此外還有利地使用彼此并排和/或彼此相疊地布置在非平面表面上的多個(gè)柔性 磁性薄層傳感器元件。
[0019] 還有利的是使用兩個(gè)對稱布置的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0020] 還有利的是，使用在柔性基材上的磁性薄層傳感器元件，其中，該柔性基材有利地 由聚合物或Si制成。
[0021] 并且同樣有利的是，使用由含有至少一個(gè)磁性層的多個(gè)層制成的柔性磁性薄層傳 感器元件，其中，該至少一個(gè)磁性層有利地由Co、Ni、Fe和/或其合金或哈斯勒合金（有利 地為 Fe3Si、Cu2MnAl)制成。
[0022] 此外有利的是，使用由一個(gè)或多個(gè)含有至少一種磁性材料（有利地為Co/Cu、Py/ Cu和/或Cu/Ru)的多層系統(tǒng)制成的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0023] 并且還有利的是使用由至少0. 5nm厚的多個(gè)層制成的柔性磁性薄層傳感器元件。
[0024] 還有利的是，使用作為基于Bi或者半導(dǎo)體材料的霍爾傳感器的柔性磁性薄層傳 感器元件。
[0025] 通過本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了可靠地測量在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的 氣隙中的磁通密度而不必大幅限制在設(shè)備側(cè)所確定的氣隙寬度，并且/或者在已測得的數(shù) 值的基礎(chǔ)上監(jiān)測和/或調(diào)節(jié)電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器。
[0026] 在氣隙中測量磁通密度可以有利地用于不同的調(diào)節(jié)任務(wù)。在磁性軸承中可以支持 徑向和軸向的轉(zhuǎn)子位置的調(diào)節(jié)。在電機(jī)中，可以改進(jìn)高動(dòng)態(tài)的磁場定向調(diào)節(jié)。對于無軸承 馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)對徑向軸承和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子角的組合式調(diào)節(jié)的支持。
[0027] 尤其是，測得的磁通密度可以用于監(jiān)視電機(jī)。
[0028] 在此，氣隙是在旋轉(zhuǎn)電機(jī)或線性電機(jī)或磁性軸承或非接觸式能量傳輸器的主要元 件的表面之間的區(qū)域或空間，其中，該表面引導(dǎo)磁通。在此，磁通用于在旋轉(zhuǎn)電機(jī)和/或線 性電機(jī)和/或磁性軸承和/或非接觸式能量傳輸器中產(chǎn)生磁力和/或扭矩。
[0029] 總是在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的氣隙中的至少一個(gè)主要元件上 進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的磁性薄層傳感器元件的布置。
[0030] 但是，還可以在帶有多于兩個(gè)主要元件、例如具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子疊片組的 電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的氣隙中在三個(gè)主要元件的兩個(gè)上、例如在兩個(gè)定 子疊片組上進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的磁性薄層傳感器元件的布置。
[0031] 在本發(fā)明的范疇中，對于磁性薄層傳感器元件應(yīng)當(dāng)理解為，這種傳感器元件用于 測量磁通密度。在此，薄層傳感器元件是否由是完全或部分由磁性材料組成的在此是無關(guān) 緊要的。
[0032] 此外，對于柔性磁性薄層傳感器元件，在本發(fā)明的范疇中應(yīng)當(dāng)理解為一種傳感器 元件，該傳感器元件在其整體上具有機(jī)械柔性，也就是在其中，不僅載體材料，而且傳感器 元件自身包括集成的電子線路和封裝層都是機(jī)械柔性的。
[0033] 對于電磁能量轉(zhuǎn)換器，在本發(fā)明的范疇中應(yīng)當(dāng)理解為電機(jī)、主動(dòng)式磁性軸承、無軸 承電機(jī)和非接觸式感應(yīng)式能量傳輸器。對于磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器在本發(fā)明的范疇中應(yīng)當(dāng)理 解被動(dòng)式磁性軸承。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案應(yīng)當(dāng)用于旋轉(zhuǎn)和線性電機(jī)、非接觸式感應(yīng)式能量傳輸器以 及主動(dòng)和被動(dòng)式磁性軸承。
[0035] 電機(jī)可以作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)工作并且要么實(shí)施旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要么實(shí)施線性運(yùn)動(dòng)。
[0036] 在此，電機(jī)可以被劃分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)（例如電動(dòng)馬達(dá)或發(fā)電機(jī)）、線性電機(jī)（例如線 性馬達(dá)）以及靜止的電機(jī)（例如變壓器）。
[0037] 旋轉(zhuǎn)電機(jī)、線性電機(jī)、主動(dòng)式磁性軸承是電磁能量轉(zhuǎn)換器。
[0038] 被動(dòng)式磁性軸承是磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器。
[0039] 無軸承機(jī)器是一種其中轉(zhuǎn)子或者滑塊的支承非接觸式地通過磁力而無需獨(dú)立磁 性軸承的存在而實(shí)現(xiàn)的電機(jī)。無軸承機(jī)器的定子包含用來產(chǎn)生扭矩的繞組以及用來產(chǎn)生用 于支承的承載力的繞組。無軸承機(jī)器可以實(shí)施旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或線性運(yùn)動(dòng)或這兩種運(yùn)動(dòng)。
[0040] 通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途來測量磁通密度和有利的氣 隙磁通密度的測量結(jié)果可以在旋轉(zhuǎn)和線性電機(jī)、非接觸式感應(yīng)式能量傳輸器和主動(dòng)式磁性 軸承中用于調(diào)節(jié)和/或監(jiān)視，并且在被動(dòng)式磁性軸承的情況下用于監(jiān)視（監(jiān)測）。在此，磁 性支承機(jī)構(gòu)可以承擔(dān)運(yùn)動(dòng)的主要元件（轉(zhuǎn)子或滑塊）的支承。
[0041] 在磁性軸承中，"被動(dòng)式磁性軸承"和"主動(dòng)式磁性軸承"是不同的。被動(dòng)式磁性軸 承僅具有永磁體。主動(dòng)式磁性軸承具有至少一個(gè)電磁體并且可以額外具有永磁體。要支承 的零件（轉(zhuǎn)子或滑塊）的位置在主動(dòng)式磁性軸承中通過電磁體調(diào)節(jié)。
[0042] 磁通密度的測量，例如氣隙磁通密度的測量根據(jù)本發(fā)明按以下方式實(shí)現(xiàn)，即，把至 少一個(gè)柔性磁性薄層傳感器元件牢固地定位到至少一個(gè)限定氣隙的設(shè)備元件的非平面表 面上。
[0043] 柔性磁性薄層傳感器元件本身是公知的。通過柔性磁性薄層傳感器元件作為薄層 元器件的微小層厚度（它們通常將具有在1到100 μ m的范圍中的層厚度），這些柔性磁性 薄層傳感器元件在電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的通常具有〇. 3到1_的氣隙 寬度的氣隙中僅要求微小的空間位置，并且因此將存在的氣隙寬度限制為僅微小直至非常 小。
[0044] 甚至，通過根據(jù)本發(fā)明的解決方案可以實(shí)現(xiàn)使電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn) 換器的氣隙減少到0. 3mm以下，而不使電磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的效率和使 用壽命減少。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以通過薄層傳感器元件在氣隙中遮蓋非平面 表面的大的區(qū)域，并且因此基本上可以在氣隙中完全地測量磁通密度。因此，針對測量消除 了通過例如定子極或定子齒的設(shè)備元件的幾何形狀（其形成非平面表面）的改變造成的局 部不同的通量密度的影響。同樣地，加工造成的非恒定的氣隙寬度可能導(dǎo)致通量密度差異， 而它的影響同樣通過根據(jù)本發(fā)明的解決方案消除。
[0046] 為了定位要支承的對象（轉(zhuǎn)子或滑塊），在主動(dòng)式磁性軸承中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。為 此，通過根據(jù)本發(fā)明使用的磁性薄層傳感器元件來測量氣隙磁通密度，以及通過獨(dú)立的位 置測量系統(tǒng)來獲取轉(zhuǎn)子/滑塊的位置。結(jié)合這兩個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固地定位轉(zhuǎn)子。這可以 通過一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。
[0047] 在旋轉(zhuǎn)或線性電機(jī)中，通過根據(jù)本發(fā)明使用的薄層傳感器元件測量的氣隙磁通密 度一方面可以用于監(jiān)視并且另一方面可以用于通量調(diào)節(jié)。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一優(yōu)點(diǎn)是其還能在帶有永磁體的設(shè)備中使用。
[0049] 通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途，例如在磁性軸承中測量磁通 密度（有利地為氣隙磁通密度）并且測量值可以用于調(diào)節(jié)要支承的對象（例如轉(zhuǎn)子）的位 置或者用于監(jiān)視磁性軸承。這種基于通量的、以求得的氣隙磁通密度測量值為依據(jù)的調(diào)節(jié) 可以在調(diào)節(jié)回路帶寬中提供動(dòng)態(tài)軸承參數(shù)（剛度和阻尼）的提高并且導(dǎo)致軸承相對于參數(shù) 波動(dòng)的明顯更高的穩(wěn)固性。
[0050] 通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途，在旋轉(zhuǎn)或線性電機(jī)中測量磁 通密度（有利地為氣隙磁通密度）并且測量值可以用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（扭矩和/或轉(zhuǎn)速和 /或轉(zhuǎn)角）和/或用于監(jiān)視。
[0051] 通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途，測量磁通密度（有利地為氣 隙磁通密度）并且測量值可以用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（扭矩和/或轉(zhuǎn)速和/或轉(zhuǎn)角）并且用于 調(diào)節(jié)要支承的對象（例如轉(zhuǎn)子）的位置和/或用于監(jiān)視無軸承馬達(dá)。
[0052] 通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途，在非接觸式感應(yīng)式能量傳輸 器中測量磁通密度（有利地為氣隙磁通密度）并且測量值可以用于調(diào)節(jié)能量傳輸（主側(cè)和 /或在次級側(cè)的電流和/或電壓）和/或用于監(jiān)視。
[0053] 通過根據(jù)本發(fā)明的解決方案，漏磁通的影響和延遲磁通結(jié)構(gòu)的效應(yīng)通過用于調(diào)節(jié) 的渦電流消除，據(jù)此，磁通的調(diào)節(jié)無需磁通觀測器結(jié)構(gòu)或估測器結(jié)構(gòu)地實(shí)現(xiàn)并且支持了對 這樣的機(jī)器的監(jiān)視。
[0054] 柔性磁性薄層傳感器元件在氣隙中性形狀鎖合地和/或材料鎖合地定位，這是因 為其在測量期間的位置改變將導(dǎo)致不相類似的測量結(jié)果。薄層傳感器元件可以示例性地粘 合到非平面表面上。為了供電和測量值的獲取，薄層傳感器元件是接通狀態(tài)的。如果柔性 磁性薄層傳感器元件基于霍爾效應(yīng)進(jìn)行測量，則測量霍爾電壓。在基于磁阻抗效應(yīng)進(jìn)行測 量的情況下，則測量電阻。
[0055] 磁阻抗效應(yīng)描述了磁性材料在置入磁場中時(shí)復(fù)電阻的改變。在此，磁阻抗效應(yīng) 包括所有的磁電阻效應(yīng)，例如各向異性磁電阻效應(yīng)（Anisotropic magnetoresistance AMR)、巨磁阻效應(yīng)（Giant magnetoresistance GMR)、隧道磁電阻效應(yīng)（Tunnel magnetoresistance TMR)和巨磁阻抗效應(yīng)（Giant magnetoimpedance GMI) 〇
[0056] 可以使用所有公知的材料作為帶有磁阻抗效應(yīng)的磁性材料，該材料具有：
[0057] 磁阻抗效應(yīng)（MI)和/或巨磁阻抗效應(yīng)（GMI)，例如FeCoBSi合金；
[0058] 各向異性磁電阻效應(yīng)（AMR)，例如元素磁體Fe、Ni、Co及其合金；
[0059] 巨磁阻抗效應(yīng)（GMR)，例如Co/Cu、Py/Cu、Fe/Cr層系統(tǒng)；
[0060] 隧道磁電阻效應(yīng)（TMR)，例如 Fe/Al203/Fe 層、Fe/Mg0/Fe 層；
[0061] 龐磁阻效應(yīng)，例如LaMn03。
[0062] 除了薄層傳感器元件的小結(jié)構(gòu)高度的優(yōu)點(diǎn)之外，根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一優(yōu) 點(diǎn)還在于該薄層傳感器元件的柔性，其使得薄層傳感器元件能夠在安裝、調(diào)整以及在使用 中變形、彎曲和/或延展。據(jù)此，薄層傳感器元件可以順利地匹配于電機(jī)的、非接觸式感應(yīng) 式能量傳輸器的或者磁性軸承的非平面表面并且安全而可靠地工作。在此，薄層傳感器元 件可以安裝到磁性軸承的、電機(jī)的或非接觸式感應(yīng)式能量傳輸器的定子上或者轉(zhuǎn)子上或者 主零件或次級零件上。在此，非平面表面的具體形狀是基本上無關(guān)緊要的，同樣例如非平面 表面的粗糙度或孔隙度也是基本上無關(guān)緊要的。
[0063] 有利的是，柔性磁性薄層傳感器元件盡可能大面積地安裝在非平面表面上。據(jù)此 實(shí)現(xiàn)了可靠的測量結(jié)果。同樣避免了特別是由在氣隙中的點(diǎn)狀的及結(jié)構(gòu)化的元件所引起的 電場的失真。
[0064] 通過傳感器元件，實(shí)現(xiàn)了在磁性軸承的、電機(jī)的或非接觸式感應(yīng)式能量傳輸器的 整個(gè)工作區(qū)中的磁性氣隙通量密度的測量。

【具體實(shí)施方式】
[0065] 以下根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0066] 示例 1 :
[0067] 把由光刻膠（AZ? 5214E)制成的抗粘附層以3500轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速離心涂布（進(jìn) 行35秒）到帶有101mm的直徑以及0· 5mm的厚度的硅片（Si (100)-晶片）上，并且在加熱 板上在120°C下硬化5分鐘。隨后，把由聚（二甲基硅氧烷）（PDMS)和交聯(lián)劑（Sylgard? 184)制成的混合物（10:1)以4000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速離心涂布35秒。這種凝膠狀的聚合物混 合物在120°C下在干燥爐中硬化1小時(shí)，其中，構(gòu)造出20 μ m厚的彈性聚合物膜（橡膠膜）。 在隨后使PDMS膜在Si (100)-晶片上冷卻（到室溫）時(shí)，彈性聚合物（橡膠）的熱收縮被 堅(jiān)硬的硅片所抑制，這是因?yàn)閮煞N材料的熱膨脹系數(shù)區(qū)別很大（對于PDMS為9. 6X 101(-1 而對于硅為2. 6X10-6K-1)。因此，實(shí)現(xiàn)了彈性聚合物膜的熱致延伸。該彈性聚合物膜是柔 性基材。
[0068] 隨后，在預(yù)延伸的聚合物表面上沉積有2nm鉻（粘附層）+70nm鉍（霍爾層）+3nm 鉭（覆蓋層）制成的霍爾-層系統(tǒng)作為薄層傳感器元件。該層堆（Schichtstapel)具有霍爾 效應(yīng)，其可以用于測量垂直于膜平面的磁場。如此覆層的PDMS膜在Si (100)-晶片上切割為 20mmX 10mm的矩形（根據(jù)定子極表面的規(guī)格）并且由片拉伸出該膜。在從晶片上取下聚合 物層時(shí)，之前的熱致延伸被松弛，這導(dǎo)致聚合物膜的收縮。通過收縮，在置于其上的不可壓 縮的傳感器層中構(gòu)造出褶皺結(jié)構(gòu)。這些褶皺保護(hù)傳感器層在薄層傳感器元件彎曲時(shí)免受機(jī) 械應(yīng)力損傷。最后，這導(dǎo)致薄層傳感器元件在柔性基材上的撓性。在接通（Kontaktierung) 呈霍爾幾何體（以矩形布置的四根導(dǎo)線）的傳感器層系統(tǒng)之后，PDMS層再次以之前所提到 的參數(shù)離心涂布，以便實(shí)現(xiàn)薄層傳感器元件的封裝。
[0069] 現(xiàn)在，這種薄層傳感器元件整面地粘合在徑向磁性軸承的定子極的彎曲表面上 (粘合層為50 μ m)并且在非常小的、350 μ m寬的氣隙中用作感應(yīng)傳感器。在這種情況下， 磁性軸承是永磁地預(yù)偏磁化（vormagnetisieren)的徑向軸承，其帶有單極的預(yù)偏磁磁通 和異極的控制磁通（Steuerfluss)。其由屬于每四個(gè)定子極的兩個(gè)疊片組定子組成（定子 長度10mm，內(nèi)直徑40mm，外直徑90mm)。定子極分別以線圈纏繞。定子極分別具有20mm的 寬度。四個(gè)永磁體（長度為1〇_)分別在外直徑上與定子極對齊地布置在兩個(gè)定子之間。 永磁體以扇形形式設(shè)計(jì)（內(nèi)直徑為70mm，夕卜直徑為90mm，夾角為45° )。轉(zhuǎn)子的外直徑為 39. 3mm，從而獲得350 μ m的氣隙寬度。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸（直徑為19. 3mm)和轉(zhuǎn)子疊片組（內(nèi) 直徑19. 3mm，外直徑39. 3mm)組成。
[0070] 定位在徑向磁軸承的氣隙中的帶有粘合層薄層傳感器元件具有150 μ m的整體厚 度。通過柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)本發(fā)明的用途，沒有大幅限制機(jī)械上的氣隙寬度。
[0071] 集成在定子極上的傳感器提供測得的氣隙磁通密度，其可以化作由帶有較低級別 的通量調(diào)節(jié)的線性軸承調(diào)節(jié)器制成的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)參數(shù)，或者化作用于通量輔助的基于 模型的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 至少一個(gè)柔性磁性薄層傳感器元件的用途，所述柔性磁性薄層傳感器元件安裝在電 磁能量轉(zhuǎn)換器和磁-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)主要元件上的或至少一個(gè)主要元件處的 氣隙中的非平面表面上，并且在所述氣隙中至少部分地遮蓋至少一個(gè)所述主要元件的非平 面表面，用于在所述氣隙中測量磁通密度并且/或者用于調(diào)節(jié)和/或監(jiān)測電磁能量轉(zhuǎn)換器 和磁 -機(jī)械能量轉(zhuǎn)換器。
2. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件布置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的至少一個(gè)所述主要元件上的或所述主要元件處的氣隙中，其 中，所述主要元件例如為定子或轉(zhuǎn)子。
3. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件布置在線性電機(jī)的至少一個(gè)所述主要元件上的或所述主要元件處的氣隙中，其 中，所述主要元件例如為主零件或次級零件。
4. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件布置在磁性軸承的至少一個(gè)所述主要元件上或所述主要元件處，其中，所述主 要元件例如為定子或轉(zhuǎn)子。
5. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件布置在非接觸式能量傳輸器的至少一個(gè)所述主要元件上或所述主要元件處，其 中，所述主要元件例如為主零件或次級零件。
6. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件實(shí)現(xiàn)遮蓋至少5 %、有利地遮蓋直至95 %的所述非平面表面。
7. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件具有至少〇. 1_的寬度和至少〇. 1_的長度以及至少1 μ m的厚度的規(guī)格。
8. 多個(gè)柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述多個(gè)柔性 磁性薄層傳感器元件彼此并排和/或彼此相疊地布置在所述非平面表面上。
9. 兩個(gè)對稱布置的柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途。
10. 磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，所述磁性薄層傳感器元件處 在有利地由聚合物或Si制成的柔性基材上。
11. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件由含有至少一個(gè)磁性層的多個(gè)層制成，所述至少一個(gè)磁性層有利地由Co、Ni、Fe 和/或其合金或哈斯勒合金制成，所述哈斯勒合金有利地為Fe3Si、Cu2MnAl。
12. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求11所述的用途，其中，所述柔性磁性薄 層傳感器兀件由一個(gè)或多個(gè)含有至少一種磁性材料的多層系統(tǒng)制成，所述磁性材料有利地 為 Co/Cu、Py/Cu 和 / 或 Cu/Ru。
13. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，所述柔性磁性薄層傳感 器元件由至少〇· 5nm厚的多個(gè)層制成。
14. 柔性磁性薄層傳感器元件的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，所述柔性磁性薄層 傳感器元件為基于例如鉍的金屬材料或者基于半導(dǎo)體材料的霍爾傳感器。
【文檔編號】G01R33/028GK104220889SQ201280058894
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月29日
【發(fā)明者】法爾克·巴爾, 亨利·巴特, 維爾弗里德·霍夫曼, 德尼斯·馬卡羅夫, 邁克爾·梅爾澤, 因戈?duì)柗颉らT希, 馬丁·奧珀曼, 奧利弗·G·施米特, 托馬斯·策爾納 申請人:德累斯頓協(xié)會(huì)萊布尼茨固體材料研究所, 德累斯頓工業(yè)技術(shù)大學(xué)