(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に伸びている部材と、
前記部材の表面の一部を形成し、又は前記部材の表面の一部に直接または間接的に取り付けられた磁気弾性的なアクティブ領域であって、前記部材に印加されたトルクが前記アクティブ領域に比例して伝達されるように第１の実質的に円周方向において、磁化される少なくとも一つの領域から成るアクティブ領域と、
前記アクティブ領域から放射しているトルク依存的な磁束に対応する第１の信号を出力するための前記少なくとも一つの領域のすぐ近くに配置された少なくとも一つの１次磁場センサと、
前記近距離磁場発生源から放射している周囲磁束に対応する第２の信号を出力するための複数の１次磁場センサからの予め定められた第１の距離で第１の方向において、軸方向に離間された少なくとも一つの２次磁場センサと、
前記近距離磁場発生源から放射している前記周囲磁束に対応する第３の信号を出力するための複数の１次磁場センサから前記第１の方向の予め定められた第２の距離で反対側の第２の方向において、軸方向に離間された少なくとも一つの２次磁場センサと、
を備えるトルクセンサを提供するステップと、
トルクの印加に応じて前記第１の信号を受信するステップと、
前記第２の信号および第３の信号を受信するステップと、
前記第２の信号および前記第３の信号を使用して第１の信号を調整することにより、近距離磁場発生源の効果を補償するステップと、
を含む、近距離磁場発生源によって、生じるトルクセンサからの信号におけるノイズを減少する方法。
【請求項２】
磁場センサがベクトルセンサである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ベクトルセンサが、ホール効果、磁気抵抗、磁気トランジスタ、磁気ダイオードまたはＭＡＧＦＥＴのうちの１つの磁場センサである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記部材が、オンロード又はオフロード用車両、船舶または工業プロセスに組み込まれたシャフトである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記予め定められた第１及び第２の距離が実質的に同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記近距離磁場発生源から放射する前記磁場の大きさが、前記部材の軸方向において、前記発生源から線形に減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記予め定められた第１および第２の距離が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記近距離磁場発生源から放射する前記磁場の大きさが、前記部材の軸方向において、前記発生源から非線形に減少する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記予め定められた第１および第２の距離は、前記第２と第３の信号の平均が、前記複数の１次磁場センサの前記位置で存在する、前記周囲磁束の前記値に近い、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記トルクセンサは２個の１次磁場センサから成り、
前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサ、および前記第２の反対方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記１次磁場センサうちの１個と、および前記２次磁場センサのうちの１個が、前記部材の一方の側に配列され、
及びもう一方の前記１次磁場センサとその他の前記２次磁場センサが前記部材の反対側に配列される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記磁場センサのうちの全４個は、前記部材の一方の側に実質的に配列され、及び性物質ほぼ、前記部材の前記反対側の近距離磁場発生源のほぼ反対側に配列される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記トルクセンサは、前記４個の１次磁場センサと、前記第１の方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、及び前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記アクティブ領域が、２つの軸方向に離間された領域と、を備え、第１の実質的に円周方向において、磁化されている前記第１と、第１の方向の反対側の第２の実質的に円周方向において、磁化されている前記その他と、前記部材に印加されるトルクが前記アクティブ領域に比例して送信されるように、また第１の方向において、軸方向に離間した前記少なくとも一つの２次磁場センサが前記領域のすぐ近くに位置し、前記第２の反対方向において、軸方向に離間した前記少なくとも一つの２次磁場センサが、前記他の領域のすぐ近くにある、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記トルクセンサは、２個の１次磁場センサから成り、前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、反対方向である前記第２の方向の軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記１次磁場センサうちの１個、および前記２次磁場センサのうちの１個は、前記部材の一方の側に配置され、そしてその他の前記１次磁場センサとその他の２次磁場センサが、前記部材の反対側に配列される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記トルクセンサが、４個の１次磁場センサから成り、前記第１の方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記１次および２次磁場センサは、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けて置かれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記アクティブ領域は、３つの軸方向に離間した領域と、前記部材に印加される前記トルクが前記アクティブ領域に比例して伝達されるように、第１の実質的に円周方向において、磁化されている前記中間域および前記第１の方向と反対側に第２の実質的に円周方向において、磁化されている前記外側領域と、を備え、および前記第１の方向において、軸方向に離間された前記少なくとも１個の２次磁場センサが前記外側領域の一つのすぐ近くにあり、そして反対方向の前記第２の軸方向に離間された前記少なくとも１個の２次磁場センサが前記外側領域の一つのすぐ近くにある、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記トルクセンサは、２個の１次磁場センサと、前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、そして、反対方向である前記第２方向に軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記１次磁場センサのうちの１個、および前記２次磁場センサのうちの１個が、前記部材の一方の側に配列され、そしてその他の前記１次磁場センサおよびその他の前記２次磁場センサが前記部材の反対側に配列される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記トルクセンサは、４個の１次磁場センサと、前記第１の方向に軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記磁場センサの全４個は、実質的に前記部材の一方の側にあり、かつ前記部材の反対側における近距離又は遠距離磁場発生源のほぼ反対側にある、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記１次および２次磁場センサは、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けられている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記１次および２次磁場センサは、前記領域間のそれぞれの境界において、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けられている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
トルクセンサは、長手方向に伸びている部材と、
前記部材の表面の一部を形成し、又は前記部材の表面の一部に直接または間接的に取り付けられた磁気弾性的なアクティブ領域であって、
前記部材に印加されたトルクが前記アクティブ領域に比例して伝達されるように第１の実質的に円周方向において、磁化される少なくとも一つの領域から成るアクティブ領域と、
前記アクティブ領域から放射しているトルク依存的な磁束に対応する第１の信号を出力するための前記少なくとも一つの領域のすぐ近くに配置された複数の１次磁場センサと、
前記近距離磁場発生源から放射している周囲磁束に対応する第２の信号を出力するための前記複数の１次磁場センサからの予め定められた第１の距離で第１の方向に軸方向に間隔を置かれる少なくとも一つの２次磁場センサと、
前記近距離磁場発生源から放射している前記周囲磁束に対応する第３の信号を出力するための前記複数の１次磁場センサから前記第１の方向の予め定められた第２の距離で反対側の第２の方向において、軸方向に離間された少なくとも一つの２次磁場センサと、
前記近距離磁場発生源の前記効果を補償する前記第２および第三の信号を使用する前記第１の信号を調整するための手段と、を備えるトルクセンサ。
【請求項２７】
前記磁場センサは、ベクトルセンサである、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項２８】
前記ベクトルセンサが、ホール効果、磁気抵抗、磁気トランジスタ、磁気ダイオードまたはＭＡＧＦＥＴの磁場センサの一つである、トルクセンサ、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項２９】
前記部材が、オンロード又はオフロード用車両、船舶または工業プロセスに組み込まれたシャフトである、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３０】
前記予め定められた第１及び第２の距離が実質的に同じである、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３１】
前記近距離磁場発生源から放射する前記磁場の大きさが、前記部材の軸方向において、前記発生源から線形に減少する、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３２】
前記近距離磁場発生源から放射する前記磁場の大きさが、前記部材の軸方向において、前記発生源から非線形に減少する、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３３】
前記予め定められた第１および第２の距離は、前記第２と第３の信号の平均が、前記複数の１次磁場センサの前記位置で存在する、前記周囲磁束の前記値に近い、請求項３２に記載のトルクセンサ。
【請求項３４】
前記予め定められた第１および第２の距離が異なる、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３５】
前記トルクセンサは２個の１次磁場センサから成り、前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサ、および前記第２の反対方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサである、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３６】
前記磁気第１のうちの１個、および前記２次磁場センサのうちの１個が前記部材の一方の側に配列され、及びもう一方の前記１次磁場センサとその他の前記２次磁場センサが、  前記部材の反対側に配列される、請求項３５に記載のトルクセンサ。
【請求項３７】
前記磁場センサのうちの全４個は、前記部材の一方の側に実質的に配列され、及び性物質ほぼ、前記部材の前記反対側の近距離磁場発生源のほぼ反対側に配列される、請求項３５に記載のトルクセンサ。
【請求項３８】
前記トルクセンサは、
前記４個の１次磁場センサと、
前記第１の方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、
前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、を備る、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項３９】
前記アクティブ領域が、２つの軸方向に離間された領域と、を備え、
第１の実質的に円周方向において、磁化されている前記第１と、
第１の方向の反対側の第２の実質的に円周方向において、磁化されている前記その他と、
前記部材に印加されるトルクが前記アクティブ領域に比例して送信されるように、また第１の方向において、軸方向に離間した前記少なくとも一つの２次磁場センサが前記領域のすぐ近くに位置し、前記第２の反対方向において、軸方向に離間した前記少なくとも一つの２次磁場センサが、前記他の領域のすぐ近くにある、請求項２６に記載のトルクセンサ。
【請求項４０】
前記トルクセンサは、２個の１次磁場センサから成り、
前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、
反対方向である前記第２の方向の軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、
を備える、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項４１】
前記１次磁場センサうちの１個、および前記２次磁場センサのうちの１個は、前記部材の一方の側に配置され、その他の前記１次磁場センサとその他の２次磁場センサが、前記部材の反対側に配列される、請求項４０に記載のトルクセンサ。
【請求項４２】
前記トルクセンサが、４個の１次磁場センサから成り、
前記第１の方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、
前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、
を備える、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項４３】
前記１次および２次磁場センサは、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けて置かれる、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項４４】
前記アクティブ領域は、３つの軸方向に離間した領域と、前記部材に印加される前記トルクが前記アクティブ領域に比例して伝達されるように、第１の実質的に円周方向において、磁化されている前記中間域および前記第１の方向と反対側に第２の実質的に円周方向において、磁化されている前記外側領域と、を備え、
前記第１の方向において、軸方向に離間された前記少なくとも一つの２次磁場センサが前記外側領域の一つのすぐ近くにあり、そして反対方向の前記第２の軸方向に離間された前記少なくとも一つの２次磁場センサが前記外側領域の一つのすぐ近くにある、請求項４０に記載のトルクセンサ。
【請求項４５】
前記トルクセンサは、２個の１次磁場センサと、前記第１の方向において、軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、反対方向である前記第２方向に軸方向に離間された１個の２次磁場センサと、を備える、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項４６】
前記１次磁場センサのうちの１個、および前記２次磁場センサのうちの１個が、前記部材の一方の側に配列され、その他の前記１次磁場センサおよびその他の前記２次磁場センサが前記部材の反対側に配列される、請求項４５に記載のトルクセンサ。
【請求項４７】
前記トルクセンサは、４個の１次磁場センサと、前記第１の方向に軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、前記第２の反対方向において、軸方向に離間された２個の２次磁場センサと、を備える、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項４８】
前記磁場センサの全４個は、実質的に前記部材の一方の側にあり、かつ前記部材の反対側における近距離又は遠距離磁場発生源のほぼ反対側にある、請求項４７に記載のトルクセンサ。
【請求項４９】
前記１次および２次磁場センサは、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けられている、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【請求項５０】
前記１次および２次磁場センサは、前記領域間のそれぞれの境界において、前記部材の前記表面に対して実質的に垂直に向けられている、請求項３９に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、磁場センサの使用を含むシステムと方法に関連がある。特に、本発明は、トルク誘起磁場を測定すると共に、磁場ノイズを相殺するセンサおよび回路を含む、システムや方法および装置に関連がある。
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本出願は、「周囲磁場除去を有する磁気弾性トルクセンサ」との名称で、２００８年３月１４日に出願されており、本願明細書に参照によって組み込まれている特許文献１の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で、優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
本願明細書にその全体が参照によって組み込まれている特許文献２は、ねじれ応力の存在によって、磁気双極子が傾き、これにより外部的に測定可能な磁場を発する、単一の円形に磁化された領域を開示する。磁場が、測定の前後関係において、交番しているので、特許文献２において、教示されるセンサは、外部起源の他の磁場に影響されやすいことがある。特に、地球の磁場は、「コンパス」として知られる現象を引き起こす。測定された磁場は、トルクに関連する磁場と、地球の南−北磁場成分との和となる。この開示の前後関係の範囲内で、「コンパス」という用語は、磁場センサと外部起源の磁場との間の相互作用から生じるいかなる誤差をも記載するために用いられることとする。
【０００４】
本願明細書に完全に引用してもいる、特許文献３の開示は、第１領域に対して逆の円形の方向において、磁化される、隣接する第２領域の追加に伴うコンパス問題に対処する。この配置は、２つのトルクに依存する磁場を得る。なぜなら、その領域の容易磁化が反対方向にあるので、トルクに依存する磁場は、等しいが、逆の磁気極性になる。特許文献３に記載されている２つの領域との対応は、２つの磁場センサであり、もう一方に対して各々が逆の軸極性を有する（しかし、対応する磁化された領域の各々に対して同じ極性である）。このように、周囲の磁気的な遠距離場は、等しいが、逆の方向に各々の磁場センサに影響を及ぼし、これにより、その測定を相殺する。すなわち、非発散性の（遠距離）磁場が、（それらの取り付けられた構成のために）逆極性であるが、ほぼ等しい大きさである、対応する磁場センサの各々に影響を及ぼす。このように、全ての出力を合計することによって、コモンモード外部磁場は相殺される。
【０００５】
遠距離磁場を取扱うときに、特許文献３の教示は効果的であるが、発散性の近距離磁場は、２つの磁場センサの各々を、明確に異なる磁場強度および方向にさらすことができる。このシナリオにおいて、２つの磁場センサ出力は、等しいが、しかし各々を相殺する逆のエラー成分を反映したりはしない。しかしむしろ、測定値にエラーをもたらす、等しくなく、かつ逆の成分を反映する。実際には、特許文献３において、開示される本発明の構成は、局所的に発散する磁場がある場合には、エラーを起こしやすい。なぜなら、２つの磁場センサは、発散する磁場の異なる大きさを経験するからである。近距離磁場源から生じる２つの磁場センサの間の磁場における違いは、トルクにより誘起された磁場と非一様に組み合わさり、誤ったトルク値を導く。このように、この近距離磁場効果を除去することは、重要である。
【０００６】
正確なトルク−依存的な磁場測定を危うくする可能性がある多くの種類の近距離磁場源が存在する。これらの発生源は、永久磁石、磁化されたレンチ、モーターまたはソレノイド、などを含む。もう一つは、地球の磁場の形状と方向を変形させる強磁性構造が近に存在することであり、磁束が望ましくない方向に集中された、局在化された領域を作るをつくる。これらの実施例の各々は、発散性の磁場となる。すなわち、磁気強度と磁束方向の両方において、有意な局所勾配がある。
【０００７】
近距離磁場源または漏れ磁場の効果を相殺するための多数の方法がある。これらは、遮蔽の採用、および磁束誘導器を使用することを含む。この種の構造の各々は、例えば空気よりも磁場に対して非常に低い抵抗を示すことを意味する、高透磁率を有する材料から、作られる。より短い有限の長さが最適に機能することがあるけれども、原則として、シールドは無限の長さのチューブの形をとる。シールドの外部に起因する磁場は、磁場センサを横切ることからそれらを防止する、非常に高透磁率なシールド材料を通して、効果的に短絡される。異なる方法を使用することで、磁束誘導器は、大部分のトルクに依存する磁場を「集め」て、磁場センサに向ける。この方法によって、磁束誘導器の幾何学形状は、関心のあるトルク依存的な磁場を集めるその効果が、外来のおよび誤差を誘発している磁場を集めるその効果よりも非常に大きくなるようになっている。このように磁場センサの効率を増加することで、それ故、ノイズに対するそれらの信号の比を増加している。
【０００８】
上述の遮蔽方法は、チューブの形状でシールドの軸方向に対して垂直な、外部の磁場に対して効果的でありえる一方で、このシールドは、両端で開いているチューブの軸方向における外部の磁場に対して、非常に弱い。いかなる外部磁場は、開いているシールドの側面を通して、シールド内部で磁場センサに伝達できる。
【０００９】
磁束誘導器構造は、トルク依存的な磁場の放射的な磁束成分を集めることによって、典型的に作動する。従って、外部起源の軸方向に誘導された磁束を排除することにかなり適している。しかしながら、磁束誘導器は、シャフトの軸と直角をなす外部磁場に対して、影響されやすい傾向がある。
【００１０】
チューブ状の遮蔽と磁束誘導器の組合せは、直接に磁場検出装置に作用する、外部起源の軸状と、放射状とに向いた磁場の両方を、効果的に低減することによって、最適に動作する。しかしながら、この種の組合せは、他の欠点を有する。それは、コストおよびデザインの中でのパッキングを含む、多くのアプリケーションにおけるその好ましさを制限する。
【００１１】
外部磁場発生源が、例えば電気パワーステアリングシステムの中での柱の端などの、シャフトの端に直接につながっているならば、強い外部近距離磁場は、軸または近くの磁気的に結合した構造（例えば、ベアリングまたは取付フランジ）における直径の変化（ｄｉａｍｅｔｒｉｃ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）の結果として、シャフトを通して磁場センサに伝達することもある。さらに、柱またはシャフトの典型的な製造プロセスは、柱面上の欠陥の視覚化のために、欠陥サイトに磁性粒子を導くための磁化プロセスと、検査を終えた後の消磁プロセスとを含む、磁性粒子検査（ＭＰＩ）プロセスを含むことができる。しばしば、消磁は完全でなく、ＭＰＩプロセスの後の柱またはシャフトにおいて、残留磁場が残る。残留磁場の典型的値は、１０〜１００ガウスの間である。この比較的大きい外部の磁場は、シールド内部の磁場センサに直接に伝達されることがあり、そして、トルク測定を損なうトルク誘起磁場と共に、非一様に合算されることがある。これは、現在の技術をもってシャフトを通して通過してくる外部の磁場を保護したり、またはシールドするために有効な方法が、全く無いことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／０３６６１９号
【特許文献２】米国特許第５３５１５５５号明細書
【特許文献３】米国特許第５５２００５９号明細書
【特許文献４】米国特許第６０４７６０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そのシールド方法の更なる不利点は、機械の衝撃または極端な温度変化によって、生じる、シールド装置の中でのあらゆる変形が、磁場センサおよびシールドの相対的な位置に影響を及ぼすことがあることである。それにより、反対の方向に向けられた、対として作動している２つのセンサ磁場の間の遠距離磁場の値のアンバランスを引き起こすことがある。これは、コンパスの失敗となる。
【００１４】
さらにまた、大部分のトルクセンサ応用において、空間をパッキングすることは制限されており、多くの場合で、シールドまたは磁束誘導器のための空間が無い。加えて、それらの構成成分のための追加の財政的コストは、意味が無い。なぜなら、高い透磁率の材料は、ニッケルの高い含有率を有する傾向があり、その価格はかなり不安定となる傾向があるためである。
【００１５】
前述に基づいて、シールドする材料または磁束誘導器を使用することなしに、トルクに依存しない磁場の効果を有効に相殺するための、新規およびより良好な技術の必要性がある。本発明は、シールド材料および磁束誘導器装置を使用することなしに、発散性の近距離磁場から生じている測定エラーを効果的に除去し、最小化するための、磁場センサの特別な配置によって、これらの要件を満たす。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、磁気領域、または、シャフトに条件づけられた領域より上に３セットの磁場センサを配置することによって、外部の磁場を相殺するためのハードウェアおよびソフトウェアに基づいている。シャフト上の磁気領域は、３つの部分から成る：（１）中央領域、（２）右側領域、そして、（３）左側領域である。磁場センサの第１又は１次セットは、中央領域の上に位置する。２次磁場センサの第２のセットは、右側領域の上に位置する。２次磁場センサの第３セットは、左側領域の上に位置する。
【００１７】
この方式において、我々は、近距離磁場発生源とセンサの間のある程度の距離を越えることで、外部の近距離磁場発生源からの磁場は外部の近距離磁場発生源からの距離に関して実質的に線形的に減少する、という事実を利用する。外部の近距離磁場発生源の最も近くに配置された磁場センサは、最大の近距離磁場値を検出し、外部の近距離磁場発生源から最も遠くに配置される磁場センサは、最も少ない近距離磁場値を検出する。そして、中央の磁場センサは、磁場センサの最も近いものと最も遠いものとのセットの平均値を検出する。中央領域の磁場センサは、右側および左側の領域で、磁場センサに逆の検知極性を有する。このように、中央領域における１次磁場センサにより測定される近距離磁場は、同じ大きさであり、かつ左右の領域において、２次磁場センサで測定される近接磁場（近距離磁場）の平均された値から逆の信号となる。付随する電子機器と組み合わせられた磁場センサに対する相互接続は、左右の領域の値を平均化し、中央の領域のセンサの値と平均化して和をとり、それが逆極性をもって配置されるので、近接磁場測定エラーの効果を事実上相殺する、ように構成される。近接磁場は相殺されるが、磁場センサのこれらの３セットにより測定されるトルク誘起磁場は相殺されない。その理由は、中央の領域の出力、または１次センサが、左右の領域のセンサに対してコモンモード測定でないからである。
【００１８】
上で開示された３つの隣接して磁化された領域の使用に加えて、磁場センサのこの配置は、シャフト上のいかなる数の磁化された領域に適用できる。例えば、もしこの装置が一つの磁化された領域に適用される場合は、中央の１次領域の磁場センサは、一つの領域の中心のすぐ近くに配置される。一つの磁化された領域の右側および左側に位置する磁場センサは、近接磁場だけを検出する。その理由は、それらの２次センサのすぐ近くに磁気分極が存在しないということは、結果としてトルク誘起の磁場のが存在しないことになるからである。
【００１９】
３つの領域に磁化されたシャフトへの適用の場合には、中央領域の磁場センサと、右側および左側の磁場センサは、近接磁場およびトルクにより誘起された磁場の両方を測定する。近接磁場は相殺され、そしてトルク誘起磁場は、測定される。
【００２０】
したがって、トルクセンサと、アクティブ領域から放射しているトルクー依存的な磁束を検出するために、円周方向に磁化した一つ以上の領域を伴った磁気弾性的なアクティブ領域を有するのと同じことを使用する方法と、を提供することが、本発明の主要な目的である。
【００２１】
本発明の他の目的は、トルクセンサと、アクティブ領域からのトルクー依存的な磁束を測定するセンサから信号が、トルクセンサに近接磁場発生源の効果を実質的に除去するために補償されることができる、トルクセンサのすぐ近くの磁場センサの配置を提供するのと同じことを使用する方法と、を提供することが、本発明の主要な目的である。
【００２２】
簡単に説明すると、本発明のそれらおよび他の目的および利点は、実施形態および本願明細書において、完全に記載されているように、近距離磁場発生源によって、生じるトルクセンサからの信号のノイズを減らす方法と、トルクセンサを提供するステップを含む方法と、トルクの印加に応じて第１の１次信号を受信し、第２および第３の２次信号を受信し、そして、第２および第３の信号を使用して第１の信号を調整することで、これにより、近距離磁場発生源の効果を補償することで、達成される。トルクセンサは、少なくとも長手方向に伸びている部材と、その部材は、部材の表面の一部を形成する磁気弾性的なアクティブ領域、又は形成するために付属する、直接または間接的に磁気弾性的なアクティブ領域と、部材に印加されたトルクがアクティブ領域に比例して伝達されるように、第１の実質的に円周方向において、磁化される少なくとも一つの領域を有するアクティブ領域と、アクティブ領域から放射されるトルクー依存的な磁束に対応する第１の信号を出力するために、少なくとも一つの領域のすぐ近くに配置された複数の１次磁場センサと、近距離磁場発生源から放射される周囲磁束に対応する第２の信号を出力するために、複数のアクティブな磁場センサから予め定められた第１の距離によって、第１の方向に軸方向に離間された少なくとも一つの２次磁場センサと、近距離磁場発生源から放射している周囲磁束に対応する第３の信号を出力するために、複数のアクティブな磁場センサからの予め定められた第１の距離によって、第１の方向の反対側の第２の方向において、軸方向に離間する少なくとも一つの２次磁場センサと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】空気中でガウス・プローブを使って軸方向に沿って、アレン・レンチを測定した磁場配布のグラフである。
【図２Ａ】２つの領域および各領域における４つの磁場センサ（そのうちの２つは見えていない）において、反対方向に向いて円周方向に磁化された軸の概略図である。
【図２Ｂ】シャフトに加えられたトルクによる外部の磁束を示す、図２Ａのシャフトの概略図である。
【図２Ｃ】図２Ａのシャフトの周りのボビンの斜視概略図である。
【図２Ｄ】図２Ｃのボビンの斜視断面図である。
【図３】本発明の一態様において、空気中で測定されたコモンモード除去方式の近距離磁場の効果を示すグラフである。
【図４】コモンモード除去方法と本発明の新規な方法との間の近距離磁場の効果を比較しているグラフである。
【図５】フラックスゲート・センサを使用しているシャフトに沿って測定された磁場の軸成分に対する出力応答を表すグラフである。
【図６】近距離磁場の効果を相殺するために、本発明によるシャフトの周りの磁場センサの配置を示す概略図である。
【図７】１つの領域を形成するためのシャフトの磁化に関する１個の磁石を表す斜視図である。
【図８】３つの領域を形成するためのシャフトの磁化に関する３個の磁石を示す斜視図である。
【図９】図７に対応する１個の磁石を使用して磁化する際における、磁場の軸方向成分を表すグラフである。
【図１０】シャフトが図８に従って３個の磁石を使用して磁化されるときに、シャフトから生じる磁場の軸方向成分を示しているグラフである。
【図１１】図８に従って３個の磁石により磁化されるシャフトの感度のマッピングを示しているグラフである。
【図１２】近距離磁場の効果を相殺するために、本発明に対応する単一の領域を有するシャフトの周りの磁場センサの位置を示した概略図である。
【図１３】近距離磁場の効果を相殺するために、本発明に対応する３つの領域を有するシャフトの周りの磁場センサの設置を示す概略図である。
【図１４】４つだけの磁場センサを使用と比較して、回転信号均一性を改良するシャフト周りの８つの磁場センサ（６つだけが見えている）の配置を示す、単一の領域を有するシャフトの概略図である。
【図１５】４つだけの磁場センサの使用と比較して、回転信号均一性を改良するシャフト（６つだけが見えている）周りの８つの磁場センサの配置を示す、単一の領域を有するシャフトの概略図である。
【図１６】円周方向における磁場センサ間に４５度の角度を有する磁場センサの配置を示す、３つの領域を有するシャフトの概略図である。
【図１７】円周方向における磁場センサの間に、４５度を有する磁場センサの他の設置を示す、３つの領域を有するシャフトの概略図である。
【図１８】シャフトの周りの磁場センサの配置を示す、２つの領域を有するシャフトの斜視図面である。
【図１９】図１８のシャフトの磁場マッピングを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
いくつかの本発明の好ましい実施形態は、説明の便宜上記載されているが、本発明は、図面に特に示されてない他の形で実施されることができることを、理解されたい。図は、本発明の目的の一つ以上を成し遂げる、および／または、前述のように本発明の効果から得られる利益を受けるための、システム構造およびシステムを使用する方法に関して記述している。
【００２５】
特許文献３は、トランスデューサおよび磁場ベクトルセンサを有するトルクセンサを記載している。トルクセンサは、機械の一部であり、縦方向の中心軸線のまわりを回転するシャフトに載置されている。大きさＴを有するトルクは、トルクＴのためにシャフトの運動が、幾つかの有用な仕事を実行することで、シャフトの１つの部分に適用され、このことにより軸の他の部分に伝達される。トルクは、シャフトの可視な端部を見たときに、時計回りであっても反時計回りの方向であってもよい。しかし、明らかに、シャフトを組み込んでいる機械の性質に依存して、全体または両方向にシャフトを回転させるのに、それは適用される。
【００２６】
変換器（トランスデューサ）は、多くの方法のうちの１つによって、確実に取り付けられる、又は一体化され、シャフト上の磁気弾性的な領域を提供するための手段として働く。実際には、トランスデューサは、通常、筒状スリーブの形又は端面、内面および外面を有するリングの形状を取る。ねじれストレスを受けたシャフトの領域内の軸に沿って、都合がいい位置に、シャフトに最適に取り付けられる。それは、シャフトの一体化したおよび均一な部分であってもよい。または、それは、特許文献４にて開示されたように、シャフトの残部より、異なる冶金相を有することによって、区別されるシャフトの一体化された、および均一な部分であってもよい。トランスデューサは、従来のプロセス、またはリング、或いはカラー状の場合は、シャフトへの取り付け手段に対する副次的な効果として、容易軸として、円周方向を有する有効な単軸の磁気異方性によって、与えられる。それに加えて、トランスデューサは、特許文献３に記載されている幾つかの、いかなる有効な方法によって、１つ又は他の円周方向において、磁気的に分極する。一時的に、トランスデューサのアクティブ領域は、少なくともその延長上として、（静止状態における）トルクＴがない場合、実質的に純粋に円周方向において、磁気的に分極する。それは、軸の方向に正味の磁化成分を有さず、及び正味の放射磁化成分を有さない。このように、磁化がもともと逆の環状の感度（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｓｅｎｓｅ）に成分を有する磁区（ドメイン）は、全ての磁区が同じ極性となるように、実質的に反転される。もし、円形の異方性が好適に優位であるならば、全ての磁区の磁化は、円周方向において、多くてもプラス・マイナス４５度の範囲内に存在する。また、全ての磁区の磁化は、補償されていない外部磁束が、磁場ベクトルセンサによって、感知できないことを確実にするために、リングまたはシャフトの一部の少ない十分な量の範囲内で、対称的に分布する。トランスデューサの閉じた円筒状の形状は、完全な磁気回路を提供することによって、トランスデューサの分極化の安定性を確実にする。
【００２７】
変換器の製造およびプロセスのため、特にアクティブ領域の磁気弾性特性のため、シャフトとそれによるトランスデューサのアクティブ領域へのねじれ応力の印加は、磁区が本来のストレス軸に整列するように、トランスデューサにおける分極した磁化の新しい方向づけを引き起こす。分極した磁化は、ねじれ応力がらせん状に一直線状にそろえられた応力軸となる、という事実によって、ねじれ応力が増加するにつれて、ますます螺旋状になる。トランスデューサの磁化のヘリシティは、伝達されたトルクＴの大きさに依存する。そして、キラリティは、伝達されたトルクの指向性、およびトランスデューサの磁気弾性特性に依存する。トランスデューサのねじれから生じる螺旋状の磁化は、一方向における内部の円周方向成分、外部の軸方向成分および外部の半径方向成分、の両方を有する。更に詳細に後述するように、軸および放射状成分は、同じ磁束経路の中にある。すなわち、磁化のヘリシティは、アクティブ領域の１つの境界に存在している磁束となり、外部的にシャフトの縦軸に沿った空間において、進行し、そしてアクティブ領域の逆の境界において、シャフトに再び入る、という結果となる。放射状と軸状の両成分の磁束の方向又は極性は、トルクがシャフトに適用されている方向に依存するのであるが、特に重要なのは、放射状成分と軸状成分の両方の大きさが、トランスデューサの中でのねじれに完全に依存することである。
【００２８】
磁場ベクトルセンサは、トランスデューサと関連して配置されて方向づけられる、磁場ベクトル検出装置である。そして、静止した円周方向から多少急峻な螺旋形の方向までの、分極した磁化の再方向づけの結果として、トランスデューサに関する空間において、生じる、軸方向および／または放射方向磁場成分の大きさおよび極性を検出するための、磁場ベクトル検出装置である。磁場ベクトルセンサは、トルクＴの大きさを反映した信号出力を提供する。好ましくは磁場ベクトルセンサには、一つ以上の固体検出装置が備えられている。例えばホール効果、磁気抵抗、磁気トランジスタ（ｍａｇｎｉｓｔｏｒ）、磁気ダイオード、またはＭＡＧＦＥＴ（磁気電界効果トランジスタ）磁場センサ、等である。他の可能性がある磁場センサは、非線形コア（ｃｏｒｅ）を含む。非線形コアは、Ｈ（磁化力として定義される）と共に変化する磁気特性、磁力計およびフラックスゲート磁力計を有し、又はコイル（完全に取り囲んでいるか或いはすぐ近くで、磁束を妨害してｄΦ／ｄｔと比例して誘導されるＥＭＦ、または時間内の変化の上の磁束の変化を有する）、を有する。一つ以上のワイヤは、磁場ベクトルセンサを、直流または交流の電源、或いは励起信号の出力源に、接続する。そして、例えば、シャフトを組み込んでいる機械またはシステムのための制御または監視回路などの受信装置に、磁場ベクトルセンサの信号出力を送信する。
【００２９】
特許文献３は、第１領域に隣接して、一つ以上の磁気弾性的なアクティブ領域（以下単に「領域」と呼ばれる）を加えることによって、従来のトルクセンサで観測されるコンパス問題、に対処する。ここでは、トルクの検出のために使われる第１領域に対して、逆の円形の方向に磁化されてもいる。２つのセットの磁場センサは、第１および第２の磁気領域に配置されている。各々のセットの磁場センサは、互いに逆の軸方向の極性を有する。このように、磁場センサのこの逆の配置のため、均一な磁場は、相殺される。不均一の磁場がセンサシステムに印加されるとき、２つのセットの磁場センサは、異なる値の磁場を見る。
【００３０】
図１に戻ると、そこにおいて、示しされているのは、空気中でのガウス・プローブの使用によって、ガウス・プローブがレンチから遠ざかるに従って、レンチの軸方向に沿って測定される、アレン・レンチについての磁場配布１０２のグラフ１００である。図１に示すように、アレン・レンチの尾部の表面での磁場は３０ガウスであり、そして尾部からの距離が増加するに従って減少した。このように、アレン・レンチは、それが漸近線に到達するまで、非線形に減少する不均一な磁場発生源を生じる。その点では、実質的に線形になる。アレン・レンチの端が、特許文献３のセンサシステムの近く、例えば１ｃｍ未満、に近づくならば、磁場センサの２つの異なるセットによって、観測される磁場の違いは、容易にその２０ガウス以上と成り得るだろう。磁場発生源（例えば永久磁石）、ソレノイド、そして、磁化された強磁性材料は、空気中で類似の磁場プロファイルを示し、磁場センサの２つの異なるセットに、類似の影響を及ぼす。
【００３１】
ここで図２Ａに戻って、そこで示されるシャフト２０２の概略図では、２つの領域の２０４、２０６における矢印Ａ、Ｂでそれぞれ示すように、反対方向に向いて円周方向に磁化されている。シャフト２０２は、固体でも中空でもよく、そして、好ましくは、少なくとも２０４、２０６の２つの領域の部分において、均一である。領域２０４、２０６の各々は、センサが、周辺の各々からの距離がほぼ等しいように、シャフト２０２の表面上に配置した４つの領域を含む。すなわち、磁場センサＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４（見えていない）は、領域２０４周辺に配置され、磁場センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４（見えていない）は、領域２０６周辺に配置される。各センサを、配置できるそれぞれの矢印１１、１２、１３、１４、ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４で示されるように、矢印の方向に対応して、シャフト２０２から発生する磁場の極性を検出する。
【００３２】
図２Ａは、特許文献３において、開示されているセンサシステムを表す。逆の円形の方向を有している２つの磁気領域２０４、２０６は、シャフト上に符号化されている。シャフト２０２が回転するにつれて観察される、望ましくない回転する不均一な磁場を平均化して除去するための、各領域と関連した４つの磁場センサがある。回転する不均一性の磁場は、材料組成または冶金的な相および他の要因の不均一性から生じることがあり得る。各磁気領域上の磁場センサは、互いに逆の軸方向の極性を有する。そのため、軸方向に沿って均一な磁場を、相殺できる。特許文献３において、提案されるように、コモンモード除去方式を構築するために、逆の方向を有する組合せの磁場センサによって、例えば地球の磁場のような遠距離磁場は、容易に相殺されることができる。しかしながら、前述のように、その装置は、図１に示すように、近距離磁場の持つ不均一で短距離の特徴のため、近距離磁場を容易に除去することができない。
【００３３】
図２Ｂは、シャフト２０２に適用されるねじれ負荷によって、生じる外部の磁束を示している、図２Ａのシャフト２０２の概略図である。そこでは、外部磁束は、半径方向成分２０８および軸方向要素２１０に関して記載されていることができる。図２Ｃは、シャフト２０２のまわりのボビン２１２の斜視概略図であり、そこでは、他のもの中で、シャフト２０２の表面より上の定位置の磁場センサＲ１、Ｒ３、Ｌ１およびＬ２を保持するために使われる。（図２Ｄに最もよく示されている）。
【００３４】
ここで図３に戻って、そこで示されているのは、ボビン２１２にの中に載置されたセンサーと、シャフトが全く存在しない状態で測定される、図２Ａにおいて、図示される、コモンモード除去機構の近磁距離場効果を表す、グラフ３００である。Ｙ軸値は、測定された磁場強度を順に表す、センサ・インターフェイスエレクトロニクスの電圧出力を表す。近距離磁場発生源は、右側へ移動し、そして、ボビン２１２の軸に合わせられ、近距離磁場の効果を生じる。グラフ３００において、上述した磁化されたアレン・レンチは、近距離磁場の効果をシミュレーションするために用いられた。線３０２（■のシンボル）は、磁場センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４により検出された、近距離磁場の信号を表す。線３０４（▲のシンボル）は、磁場センサＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４により検出された近距離磁場の信号を表す。線３０６（●のシンボル）は、線３０２と線３０４との間の値の違いを表す。線３０６は、コモンモード除去機構が、磁場センサの近くに位置する近距離磁場発生源を、除去することができないことを表す。
【００３５】
グラフ３００に示されるように、磁場センサＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４により観測される信号よりも、磁場センサＲ１、Ｒ２，Ｒ３、およびＲ４により観測される信号の方が更に強い。なぜなら、近視野源（アレン・レンチ）がボビン２１２の右側にあるので、磁場センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４により近いからである。線３０２と線３０４間の逆の記号は、磁場センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４と、磁場センサＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４とが、逆の軸極性のためである。もし、左右の磁場センサが同じ大きさの近距離磁場を観測する場合、磁場センサの２つのセットからの信号の和は、ゼロとなるべきである。そのため、それは、近距離磁場の効果を除去する。しかしながら、線３０６に示すように、それは右側対左側センサ出力の結果として生じるアンバランスを示す場合は、そのケースとはならない。
【００３６】
ここで図４に戻って、グラフ４００は、現在使用されているコモンモード除去方法による近距離磁場の効果と、本発明による方法であって、ボビン２１２を取り囲んでおり、しかしその外表面を成すチューブ型のシールドの追加と共に、現在使われているコモンモード除去方法の近距離磁場の効果と、を比較している。いずれの場合においても、センサー・アレイを保持しているボビン２１２だけが、説明の便宜上用いられており、すなわち、シャフトの存在は示されていない。Ｙ軸値は、測定された磁場強度を順に表す、センサ・インターフェイス・エレクトロニクスの電圧出力を表している。近距離磁場発生源は、右側へ移動し、そしてボビン２１２の軸に合わせられた。グラフ４００において、線４０２（■のシンボル）は、シールドの無い、従来の技術のコモンモード除去方法を表す。線４０４（▲のシンボル）は、Ｆｅ―Ｓｉ高透磁率材料から作られた、開管円筒チューブ・シールドによる、従来の技術のコモンモード除去方法を表す。線４０６（●のシンボル）は、本発明に基づくコモンモード除去方法を表す。グラフ４００に示すように、シールドを使用することは、近距離磁場の相殺効果を高めるが、多くの干渉する磁場がある場合、特に、センサー・アレイを含んでいるボビン２１２に近距離磁場発生源が接近しているときには、依然観測されてしまう。線４０６で示すように、近距離磁場の効果の相殺において、統計的に有意な改善が本発明の方法によって、成し遂げられた。
【００３７】
図１に戻ること、線１０２により表される発生源に近距離磁場は、区分的に線形に減少すると考えることができる。図１の測定は、ガウス・プローブを使用して実行された。レンチおよびガウス・プローブの周辺に位置する高透磁率の材料は、何もない。磁場発生源が、軟磁性材料でできた円筒状シャフトの端に接触するとき、図５に示すように、シャフトの表面上の磁場は、磁場発生源の接触点から、広く変化している磁場の線形の減少を示す。図５は、フラックスゲート・センサを使用しているシャフトに沿って測定される、軸方向成分に対する磁場の出力応答である、グラフ５００である。この場合、図１の磁化されたアレン・レンチは、シャフトの端に接触している。磁場は、フラックスゲート・センサ・コイルを使用することで測定された。センサコイルの長軸は、それは最大感度の軸であるが、シャフトの円筒軸と平行であり、コイルは、シャフトの表面から約１ｍｍオフセットされた。走査の基準位置と、基準位置でのフラックスゲート・センサ・コイルからの出力電圧は、（０，０）にセットされた。基準位置と走査の端位置との間の距離は、２．５ｃｍであった。このように、距離０での線５０２の出発点は、近距離磁場発生源から離間して配置され、そして距離２．５で近距離磁場発生源に接近する。フラックスゲート・センサが近距離磁場発生源に近づくにつれて、信号は線形に増加する。線５０２に示されるこの線形挙動は、シャフト２０２の発散的磁場を閉じ込める高透磁率材料に起因している。
【００３８】
図６を参照すると、本発明では、概略図は、１次磁場センサＣ１およびＣ２および２次磁場センサＲおよびＬを、近距離磁場発生源６０４からの近距離磁場の効果を相殺するように、シャフト６０２の周辺に配列して示されている。２個の１次磁場センサＣ１およびＣ２は、シャフト６０２の中心のほぼ近くで、シャフト６０２の２つの端と関連して、シャフト６０２の表面より上に配列される。１個の２次センサコイルＲは、シャフト６０２の右側により近いシャフト６０２の表面より上に配置される。１個の２次センサコイルＬは、シャフト６０２の左側により近いシャフト６０２の表面より上に配置される。
【００３９】
近距離磁場発生源６０４は、示されているように、シャフト６０２の右側に位置する。シャフト６０２の端と接触してあってもよい。
【００４０】
シャフト６０２は、磁気的に条件付きではない。従って、磁場センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬは、近距離磁場発生源６０４によって、作られる近距離磁場を観測するだけである。シャフトの長手方向に沿った磁場の大きさのプロファイルは、点線６０６のように観測される。そして、図５にも示されるように、左から右に線形に増加する。
【００４１】
表１は、近距離磁場発生源６０４からの磁場のため、４個のセンサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬにより観測された、近距離磁場の効果の計算値を示す。センサＲにより観測される近距離磁場の大きさは、すべての磁場センサにより観測された大きさよりも、大きくなる。なぜなら、それが近距離磁場発生源６０４に物理的に最も近いからである。センサＬにより観測される近距離磁場の大きさは、すべての磁場センサにより観測された大きさより、小さくなる。なぜなら、それが近距離磁場発生源６０４から物理的に一番遠いからである。もし、磁場センサＲとＣ１またはＣ２間の距離と、磁場センサＬとＣ１またはＣ２との間の距離が同じであれば、そのとき、表１に示すように、近距離磁場の分布を表にすることができる。表１の例において、最大測定値は、説明の便宜上、３つの一般的なユニットに規格化される。表１に示される正味の近距離磁場の効果の値の実際の計算は、算術論理装置（ＡＬＵ）６０８により実行されることができる。
【００４２】
【表１】
0005428026.tif 000002
【００４３】
ここで、図７および８に戻って、そこで示されている斜視図面は、１つのケースにおいて、円周磁化を有する単一の領域７０６を形成するために、シャフト７０２を残留的に磁化させるか又は条件づけるために、１個の磁石７０４が使用されたこと、を示している。そして、他のケースでは、３つの領域８０６、８０８、８１０を形成するために、シャフト８０２を残留的に磁化させるか又は条件づけるために、３個の磁石８０４ａ、８０４ｂおよび８０４ｃが用いられている。センター・マグネット８０４ｂの磁化の方向は、その他の２個の磁石８０４ａおよび８０４ｃに対向する。このように、中央領域８０８の円周磁化の方向は、領域８０６および８１０において、矢印の方向により示されるように、円周磁化と反対になる。
【００４４】
図９は、シャフト７０２から生じる磁場の軸方向成分を示しているグラフ９００である。このとき、シャフト７０２が、図７に従って１個の磁石７０４を使用して磁化され、そしてトルクに依存する磁場を発生するためにトルクの若干の公称量がシャフトに適用される。図１０は、シャフト８０２から生じている磁場の軸方向成分を示しているグラフ１０００である。このとき、図８に従ってシャフト８０２が３個の磁石８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃを使用して磁化し、そしてトルクに依存する磁場を発生するためにトルクの若干の公称量がシャフトに適用される。図９および１０でわかるように、シャフト７０２および８０２から放射している磁場の軸方向成分の磁場プロファイルは、形状において、対称形である。
【００４５】
ここで図１１に戻って、図８に従って、シャフト８０２が３個の磁石８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃにより磁化されたあとの、シャフト８０２の感度のマッピングのグラフ１１０２が示されている。そこでは、トルクＴがシャフト８０２に印加されている。線１１０２の中心は、感度の正のレベルを示し、中央の領域８０８から生じるトルクに依存する磁場に対応する。円周方向に磁化された左右の領域８０６、８１０に対応する感度の２つの負のレベルは、中央の領域８０８のそれに対する正極性のレベルで円周方向に磁化されている。グラフ１１０２に示すように、最大のトルク誘起磁場が観測されるように、感度の正のレベルのピークに対応する位置でのシャフト８０２周辺に、磁場センサは配置された。もしも（本発明の応用において、）、空間的な制限または幾何学的な懸念がある場合は、左右に対する一つ以上の磁場センサは、センサ感度の若干の低下を伴っても、本発明の性質および範囲を逸脱しない範囲で、感度のピークの正レベルからの距離に、配置されることができる。
【００４６】
図１２は、本発明による１つの領域１２０６を有するシャフト１２０２周辺における、磁場センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬの配置を示している概略図である。それは、近距離磁場発生源１２０４からの近距離磁場の効果を相殺するための配置である。シャフト１２０２は、１個の磁石（図示せず）によって、磁気的に条件づけられる。それによって、領域１２０６を形成し、シャフト１２０２の残留円周磁化を有する。
【００４７】
シャフト１２０２の中心の近くの１次磁場センサＣ１、Ｃ２は、領域１２０６および近距離磁場発生源１２０４からの近距離磁場から、トルク誘起磁場を測定する。シャフト１２０２の左右にある２次磁場センサＲ、Ｌは、それぞれ、近距離磁場だけを測定する。それらの磁場センサが配置されるシャフト１２０２の領域に、磁気領域が何も存在しないためである。表２は、図１２の４個の磁場センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬにより観測される、トルク誘起磁場および近距離磁場の効果の計算を示す。それは、当業者に周知である、適当な算術的な論理装置回路、および／またはソフトウェア要素を用いて行うことができる。不必要な近距離磁場は相殺され、そして、領域１２０６の近くの、１次磁場センサＣ１、Ｃ２により検出される、トルク誘起磁場だけが残る。表２の実施例において、最大寸法値は、図示するための３つの一般的なユニットに、規格化される。正味の近距離磁場の効果の値と、表２に示される正味のトルク誘起磁場の値の実際の計算は、算術論理装置（ＡＬＵ）（例えば、図６に示すように）により実行されることができる。
【００４８】
【表２】
0005428026.tif 000003
【００４９】
図１３は、本発明による３つの磁化された領域１３０６、１３０８、１３１０を有するシャフト１３０２周辺における、１次磁場センサＣ１とＣ２および２次磁場センサＲおよびＬの配置を示す、概略図である。それは、近距離磁場発生源１３０４からの近距離磁場の効果を相殺するための配置である。シャフト１３０２は、３個の磁石（図示せず）を用い、シャフト１３０２の残留円周磁化を有し、それによって、領域１３０６、１３０８、１３１０を形成することで、磁気的に条件づけられている。
【００５０】
１次磁場センサＣ１およびＣ２は、トルク誘起磁場、および中央の領域から放射している近距離磁場を測定する。シャフト１３０２の左右の側の２次磁場センサＲおよびＬは、それらの位置の近距離磁場と同様に、シャフトの右側と左側からそれぞれ放射する、トルク誘起磁場を測定する。２次磁場センサＲおよびＬにより測定された近距離磁場が、１次磁場センサＣ１およびＣ２により測定されるように、近距離磁場により相殺される（それらが反対に向けて置かれているため）のだが、２次磁場センサＲおよびＬで測定される値によって、磁場センサＣ１とＣ２により観測されるトルク誘起磁場は、相殺されない。実際のところ、トルク誘起磁場は、中央の領域１３０８と領域１３０６および１３１０の間の逆極性に磁化による付加的な物である。表３は、図１３の４個の磁場センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬにより観測される、トルク誘起磁場および近距離磁場の効果の計算を示す。その計算は、当業者には周知である、適当な算術的な論理回路および／またはソフトウェア要素を用いて行うことができる。不必要な近距離磁場は相殺され、そして、トルク誘起磁場だけが、中央領域１３０８の１次磁場センサＣ１およびＣ２により観測される。２次磁場センサＲおよびＬからの値を加えることによって、側部領域１３０６および１３１０から放射しているトルク誘起磁場は、２倍になる。表３の実施例において、最大寸法値は、図示するための３つの一般的なユニットに規格化される。表３に示される、正味の近距離磁場の効果値と正味のトルク誘起磁場値の実際の計算は、（例えば、図６に示すように）算術論理装置（ＡＬＵ）により実行されることができる。
【００５１】
【表３】
0005428026.tif 000004
【００５２】
図１４は、４個の磁場センサだけを使用することと、比較して、磁場センサにより観測される磁場の回転信号均一性を改良するため、シャフト１４０２（６つだけが見えている）周辺で８個の磁場センサの配置を示す、単一の領域１４０４を有するシャフト１４０２の概略図である。１次磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４（見えなていない）は、シャフトの表面のまわりの上において、そして領域１４０４のほぼ中央に、互いにほぼ等距離で配列される。２次磁場センサＲ１、Ｒ２の一対、および２次磁場センサＬ１、Ｌ２（見えていない）の一対は、シャフト１４０２の長手方向に、磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からほぼ同じ距離で離間している。
【００５３】
同様に、図１５は、中央領域１５０６の周辺における、４個の１次磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４（見えなていない）の配置を示す、３つの領域１５０４、１５０６、１５０８を有するシャフト１５０２の概略図である。４個の磁場センサだけを使用することと、比較して、磁場センサにより観測される磁場の回転信号均一性を改良するための、シャフト１５０２の左の領域１５０４周辺における、右の領域１５０８のまわりの２個の２次磁場センサＲ１、Ｒ２および２個の２次磁場センサＬ１、Ｌ２（見えない）がある。
【００５４】
図１６は、円周方向に磁場センサ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６の間に４５度を有する磁場センサの配置を示す、３つの領域１６０４、１６０６、１６０８を有するシャフト１６０２の概略図である。図１７は、円周方向に磁場センサの間に、４５度を有する磁場センサ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６の他の配置を示す、３つの領域１６０４、１６０６、１６０８を有するシャフト１６０２の概略図である。磁場センサ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６は、円シャフト（近い発生源は、見えない）の逆の（後部）側において、磁場センサが近距離磁場を回避できるように、周方向に沿って密接に位置する。シャフト１６０２が有限角度を回転させることを必要とする場合、３６０度回転でないが、この方式も、回転信号均一性を強化できる。磁場センサ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６は、同一の磁場を有するシャフト１６０２の一部の近くにだけ配置されることができ、そして、不均一の磁場を有するシャフト１６０２の部分からの回転信号を観測しない。もしシャフトが円周方向に対称形でない場合、例えば、もし平面または鍵穴部分が存在するケースであるならば、この種の実施例は、要求されるかもしれない。
【００５５】
各領域から放射するトルク誘起磁場は、半径方向成分および軸方向成分を有するので、本発明の他の実施例としては、外部の起源の半径方向磁場と同様に、トルク依存的な磁場の半径方向成分を検出するために、位置決めされて配置されている磁場センサを用いて実現されることもできる。
【００５６】
もちろん、近距離磁場の干渉源が検知領域に近ければ近いほど、より非線形に干渉する磁場の大きさが、センサ位置の軸方向の延長上にわたることになる。それは、近距離磁場発生源によるノイズの相殺を提供する際の磁場センサの効果を減らすことがある。
【００５７】
対照的に、特許文献３の中で実施された領域はただちに近接しているので、それらは、一点での測定のそれをより密接に反映する。そのため、強く発散する「ノイズ」磁場がある場合には、エラーに非常に影響されやすい。これに関連づけられたのは、もし干渉する磁場がシャフトのいずれの端に基づいているならば、それは、２つの検知領域で最も近いものに主に影響を及ぼし、エラーを誘導する測定バイアスを再び引き起こす、という事実である。磁気領域のサイズは、異なるアプリケーションのために変化できる。磁場センサの数は、異なるアプリケーションに応じて変化することもできる。
【００５８】
本発明は、従来の技術の二重領域、特許文献３において、教示される二重センサーアレイ・コモンモード除去方式よりも、より効果的に近距離磁場の発生効果を相殺する。それは、特にシャフトの軸方向を通して伝達する近距離磁場のためであり、互いに反対に磁化された領域の近くに配置された磁場センサが、近距離磁場の異なる大きさを感じるためである。近距離磁場発生源のより近くに位置する磁場センサ・コイルは、近距離磁場発生源から離れて位置する磁場センサよりも、より高い近距離磁場の大きさを検出する。コモンモード除去方式の対になる磁場センサ間の典型的分離距離は、約２ｃｍである。図５から分かるように、２ｃｍ間隔離れた２つのポイント間の信号の差は、非常に大きく、測定される正確なトルク値に著しく影響を及ぼすのに十分である。トルクを検出しているシャフトを囲む円筒形チューブ状のシールド装置を使用してさえも、シャフトの軸方向を通した近距離磁場の伝達を減衰させることはできない。
【００５９】
従って、本発明は、近距離磁場の信号を相殺するように、シャフトに沿った磁場センサの配置によって、シャフトによって、伝わる強い近距離磁場の効果を除去する。シャフトまたは領域の中央における１次磁場センサは、中央の磁場センサの両側の２次磁場センサに対して、反対に向けられ置かれている。右側のセンサコイルと中央のセンサコイルからの距離、および左のセンサコイルと中央のセンサコイルからの距離は、好ましくは等しく、またはほぼ等しい。近距離磁場発生源からシャフトの軸方向に沿った近距離磁場の線形な減少は、表１、２および３からわかるように、センサーアレイの近距離磁場の効果の相殺という結果となる。
【００６０】
このように、特許文献３の装置の上に位置する本発明の有利点は、さまざまな近距離磁場発生源を扱うことができる、その有効な機能である。特許文献３では、例えばシャフトを通して伝達する近距離磁場のような、近距離磁場の効果を除去する機能は無い。そこでは、シャフトは、遮蔽装置により保護されていたとしても、近距離磁場発生源に接触しているか、または近距離磁場発生源の近くに位置する。近距離磁場発生源のより近くに位置する一対の１個の磁場センサは、他の磁場センサより大きな磁気近距離磁場のレベルを観測する。このように、磁場センサ対の間のアンバランスな信号出力は、本当のトルク誘起信号との著しい違いを生み出す。
【００６１】
本発明の別の実施例は、大きさが近距離磁場発生源から線形に減少する近距離磁場のシナリオだけでなく、近距離磁場発生源から大きさが非線形に減少する近距離磁場シナリオも、取り除くことができる。シャフトおよび対応するセンサーアレイのアクティブ領域が、強磁性構造に近接するとき、後者の近距離磁場シナリオが起こることができる。その強磁性構造とは、例えばより大きい直径、（強磁性非対称性）を有するフランジ、ベアリングまたはシャフト部分であってもよく、右側の磁場センサ、または左側の磁場センサのどちらかは、この強磁性非対称性の付近に存在する。この状況において、干渉する磁場は、強磁性非対称性が近くに存在するため、非線形に変化する近距離磁場効果として現れる。強磁性非対称性は、非対称強磁性構造の近くに位置する磁場センサに対する近距離磁場効果を増加する。
【００６２】
この種の干渉する磁場の非線形特性を補償するために、左右の２次センサは、中央の１次センサからの距離に対応する非対称性をもって配置される。例えば、強磁性非対称性、または図１の曲線に示すように、実質的に線形である、干渉する磁場に対して磁場センサから離れて十分に遠くに位置している強磁性非対称性の存在なしでは、中央のセンサと、左右それぞれのセンサとの間の距離は、同じである。しかし、強磁性非対称性が右側か左側のセンサに近接して位置するこの代替の実施例において、強磁性非対称性および中央のセンサに最も近く位置するセンサの間の距離は、中央の１次センサと、強磁性非対称から最も遠くに位置する２次センサの間の距離に関連して、若干の量が減少する。他の外側の２次センサーアレイに関連して、中央の１次センサーアレイから、１個の外側の２次センサーアレイの距離に付勢（ｂｉａｓｉｎｇ）することで、平均の出力値は、実質的に、中央のセンサにより観測される、干渉する磁場の大きさの相当な近似値を提供するといったこのような方法で、重みづけされる。右側センサおよび左のセンサの最適位置は、実際の干渉するシャフトの軸方向に沿った磁場を測定して、マッピングを作ること、および／または、干渉する磁場の強さが中央のセンサーアレイの位置にあることの、正確な近似値を得るための、加重平均場測定を提供するためには、外側と中央のセンサの間の必要な付勢をするための距離がいくらであるか、を決定するコンピュータ・モデリングを介するシミュレーションを行うことで、決定できる。
【００６３】
本発明の前述の実施形態の各々において、センサは、このような方法で揃えて配置され、トルク―依存磁場の軸方向要素を測定する。本発明の他の実施形態において、図１８に図示するように、２次センサＲ１、Ｒ２、および１次センサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４（見えていない）、および２次センサＬ１およびＬ２（また、見えていない）の軸は、シャフト１８０２の表面に垂直に揃えて置かれることができ、それらは、アクティブ領域の磁極の間の磁束経路の形状によって、より高い磁束密度によって、明確となる、トルク―依存磁場の半径方向成分を測定する。もし、例えば、より高い感度が必要とされるならば、または磁場に依存する領域が個々の磁場センサの長さに関して狭いならば、この種の実施形態は、より適切かもしれない。放射磁場方向要素の測定は、アクティブ領域の中で逆極性に分極化された磁気領域の各々の中央におけるコイルの配置を有する前途の特許文献３において、教示されているように、および図１８に示すように２つの逆に分極した領域の間の境界線１８０４において、磁気的に条件づけられた領域の二重領域のどちらかを使用することで、実行されることができる。図１９は、図１８のシャフト１８０２の磁場マッピングを示しているグラフであり、磁場の軸方向および放射方向成分を示している。
【００６４】
開示発明のいくつかの実施形態がここに特に記載されているが、それは、本発明が、本願明細書において、図示され、そして記載されている様々な実施形態の変形や変更が、本発明の精神と範囲から逸脱することなく作られることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、添付の請求の範囲および適用できる法規によって、定められる範囲だけに限定さることが意図されている。
【符号の説明】
【００６５】
Ｃ１、Ｃ２１・・・１次磁場センサ
Ｒ、Ｌ      ・・・２次磁場センサ
６０２      ・・・シャフト
６０４      ・・・近距離磁場発生源
６０８      ・・・算術論理装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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