(57)【要約】磁化可能な物体を磁化する磁化装置。該磁化装置はプログラミングユニットを含み、プログラミングユニットは、プログラミングユニットが磁化可能な物体に隣接して、電気プログラミング信号がプログラミングユニットに印加されると、磁化可能な物体が磁化されて、磁化可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するような形状である。【選択図】図８９
2009519592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プログラミングユニットを含む、磁化可能な物体を磁化する磁化装置であって、
前記プログラミングユニットは、前記プログラミングユニットが磁化可能な物体に隣接する位置にあり、電気プログラミング信号を前記プログラミングユニットに印加すると、前記磁化可能な物体を磁化して、前記磁化可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するような形状である、磁化装置。
【請求項２】
前記プログラミングユニットと結合し、前記プログラミングユニットに前記電気プログラミング信号を供給するように構成された電源ユニットを含む、請求項１記載の磁化装置。
【請求項３】
前記電源ユニットが、前記プログラミングユニットに第１の電流パルスを印加することによって前記電気プログラミング信号を供給し、
前記第１の電流パルスは、前記プログラミングユニットに沿って第１の方向に第１の電流が流れるように印加される、請求項２記載の磁化装置。
【請求項４】
前記電源ユニットが、前記プログラミングユニットに第２の電流パルスを印加することによって前記電気プログラミング信号を供給し、
前記第２の電流パルスは、前記プログラミングユニットに沿って第２の方向に第２の電流が流れるように印加される、請求項３記載の磁化装置。
【請求項５】
前記第１の電流パルス又は前記第２の電流パルスは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを有し、
前記立ち上がりエッジは、前記立ち下がりエッジより勾配が急である、請求項３又は請求項４記載の磁化装置。
【請求項６】
前記第１の方向が前記第２の方向に対して反対である、請求項４又は請求項５記載の磁化装置。
【請求項７】
前記プログラミングユニットが、電気プログラミング信号を印加する際に、前記磁化可能な物体と抵抗接続して、又は抵抗接続せずに前記磁化可能な物体を磁化するように構成された、請求項１から請求項６迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項８】
前記プログラミングユニットが、前記プログラミング信号として電流又は電圧によって前記磁化可能な物体を磁化するように構成された、請求項１から請求項７迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項９】
前記プログラミングユニットが、前記電気プログラミング信号を印加する際に、前記磁化可能な物体を少なくとも部分的に囲む、又は接触するように巻かれた又は湾曲したプログラミングワイヤを含む、請求項１から請求項８迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項１０】
前記プログラミングワイヤが、ほぼ蛇行形状と、ほぼ螺旋形状と、及びほぼループ形状とからなる群の少なくとも一つの態様に巻かれた、又は湾曲した、請求項９記載の磁化装置。
【請求項１１】
前記プログラミングユニットが少なくとも二つのプログラミングワイヤを含み、
前記少なくとも二つのプログラミングワイヤが、前記電気プログラミング信号を印加する際に、前記少なくとも二つのプログラミングワイヤが前記磁化可能な物体を部分的に囲むように、巻かれた又は湾曲した、請求項１から請求項１０迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項１２】
前記電源ユニットが前記少なくとも二つのプログラミングワイヤと結合し、電気プログラミング信号を前記少なくとも二つのプログラミングワイヤの各々に印加する、請求項１１記載の磁化装置。
【請求項１３】
前記プログラミングユニットは、
前記プログラミングユニットが磁化可能な物体に隣接する位置にあり、電気プログラミング信号を前記プログラミングユニットに印加すると、前記磁化可能な物体を磁化して、前記磁化可能な物体の拡張部に沿って、前記少なくとも二つの磁気符号化領域として所定の磁気パターン形成するような形状である、磁化装置。
【請求項１４】
前記所定の磁気パターンが、正弦関数、鋸歯関数、ステップ関数からなる群の少なくとも一つ又は組み合わせである、請求項１３記載の磁化装置。
【請求項１５】
前記所定の磁気パターンが周期的に反復するパターンである、請求項１３又は請求項１４記載の磁化装置。
【請求項１６】
前記所定の磁気パターンが、前記磁化可能なシャフトの拡張部に沿って変化する周期性を有した反復するパターンである、請求項１４又は請求項１５記載の磁化装置。
【請求項１７】
前記少なくとも二つの磁気符号化領域が、前記磁化可能な物体の長手方向の拡張部又は周縁の拡張部に沿って設けられた、請求項１から請求項１６迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項１８】
前記少なくとも二つのプログラミングワイヤが、
前記磁化可能な物体の前記拡張部に沿った前記少なくとも二つの磁気符号化領域として異なる所定の磁気パターンを形成するように構成された、請求項１１から請求項１７迄の何れかに記載の磁化装置。
【請求項１９】
プログラミングユニットを磁化可能な物体に隣接して配置するステップと、
電気プログラミング信号を前記プログラミングユニットに印加して、
前記磁化可能な物体を磁化して、前記プログラミングユニットの形状に従って、前記磁化可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するステップと、を含む、磁化可能な物体を磁化する方法。
【請求項２０】
移動可能な物体の物理的パラメータを磁気的にセンシングするセンサ装置であって、
該センサ装置は、前記移動可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を含み、
前記少なくとも二つの磁気符号化領域は、請求項１９記載の方法、又は請求項１から請求項１８迄の何れかに記載の磁化装置によって製造される、センサ装置。
【請求項２１】
前記少なくとも二つの磁気符号化領域によって生成され、前記物理的パラメータを表す磁場を検出するように構成された少なくとも一つの磁場検出器を含む、請求項２０記載のセンサ装置。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの磁場検出器が、コイル、ホール効果プローブ、巨大磁気共鳴磁場センサ、磁気共鳴磁場センサから成る群の少なくとも一つを含む、請求項２１記載のセンサ装置。
【請求項２３】
前記移動可能な物体が、円形シャフト、チューブ、ディスク、リング、非円形物体からなる群の少なくとも一つである、請求項２０から請求項２２迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２４】
前記移動可能な物体が、エンジンシャフト、往復可能な作動シリンダ、プッシュプルロッドからなる群の一つである、請求項２０から請求項２３迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２５】
位置センサ、力センサ、トルクセンサ、速度センサ、加速度センサ、角度センサからなる群の一つである、請求項２０から請求項２４迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２６】
前記少なくとも二つの磁気符号化領域が前記移動可能な物体の長手方向の磁化領域である、請求項２０から請求項２５迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２７】
前記少なくとも二つの磁気符号化領域が前記移動可能な物体の周縁方向の磁化領域である、請求項２０から請求項２６迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２８】
前記少なくとも二つの磁気符号化領域が各々、第１の方向を向いた第１の磁気流領域と第２の方向を向いた第２の磁気流領域とから形成され、前記第１の方向が前記第２の方向と反対である、請求項２０から請求項２７迄の何れかに記載のセンサ装置。
【請求項２９】
前記移動可能な物体の断面に、第１の方向と第１の半径を有する第１の円形磁気流と、第２の方向と第２の半径を有する第２の円形磁気流が存在し、前記第１の半径は前記第２の半径より大きい、請求項２８記載のセンサ装置。
【請求項３０】
前記移動可能な物体は、少なくとも１００ｍｍ、特に、少なくとも１ｍの長さを有する、請求項２０から請求項２９迄の何れかに記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化装置、磁化可能な物体を磁化する方法、及びセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本明細書に参照によりその全体を包含する、２００６年１２月１５日に出願した米国仮特許出願第６０／７５０，６３５号の出願日の優先権を主張する。
【０００３】
磁気変換器技術はトルクと位置の測定に応用されている。それは特に、シャフトや、トルク又は直線運動を受ける、その他のあらゆる他の部分においてトルクを非接触で測定するために開発された。回転又は往復運動をする構成部分に、磁化された領域、即ち磁気符号化領域を設け、そしてシャフトが回転又は往復運動をすると、かかる磁気符号化領域が、磁場検出器（磁気コイル等）に特徴的な信号を生成し、シャフトのトルク又は位置を決定できるようにする。このような種類のセンサが、例えば、国際公開第０２／０６３２６２号に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、物体を効率的に磁化することを目的とする。
【０００５】
本発明の目的は、独立請求項に係わる主題によって達成できる。更なる代表的な実施の形態は、従属請求項に示す。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の代表的な実施の形態によると、磁化可能な物体を磁化する磁化装置を提供する。磁化装置はプログラミングユニットを含む。前記プログラミングユニットは、前記プログラミングユニットが磁化可能な物体に隣接する位置にあり、電気プログラミング信号を前記プログラミングユニットに印加すると、前記磁化可能な物体を磁化して、前記磁化可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するような形状である。
本発明の他の代表的な実施の形態によると、磁化可能な物体を磁化する方法を提供する。該方法は、プログラミングユニットを磁化可能な物体に隣接して配置するステップと、電気プログラミング信号を前記プログラミングユニットに印加して、前記磁化可能な物体を磁化して、前記プログラミングユニットの形状に従って、前記磁化可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するステップと、を含む、
【０００７】
本発明の更に別の代表的な実施の形態によると、移動可能な物体の物理的パラメータを磁気的にセンシングするセンサ装置を提供する。該センサ装置は、前記移動可能な物体の拡張部に沿って、磁極性の異なる少なくとも二つの磁気符号化領域を含み、前記少なくとも二つの磁気符号化領域は、上述の特徴を有する方法、又は上述の特徴を有する磁化装置を用いて製造される。
【０００８】
本発明の代表的な実施の形態によると、磁化可能な物体を磁化して、磁化可能な物体の上に又は中に磁気パターンを形成するプログラミングユニットを提供する。プログラミングユニットは磁化可能な物体と機能的に連結（接触又は非接触で連結）する。したがって、複雑な磁化パターンであっても磁化可能な物体に生成する、柔軟に調整可能な磁化装置を提供する。例えば、チェス盤状の構造、又は正弦曲線状に変化する磁場を磁化可能な物体に一又は少数の磁化信号を用いて選択的に形成できる。プログラミングユニットは、例えば、対応して湾曲したプログラミングワイヤでもよく、電流を流すと、結果として磁場が磁化可能な物体の対応する部分をプログラミングワイヤの幾何学的な配置に従って磁化するようにしてもよい。
【０００９】
プログラミングユニットは、磁化可能な物体に形成されたパターンが対称又は周期的になるようにしてもよい。所定の数学関数を磁化可能な物体に磁気的にデザインして、この幾何学的関数に基づいて、磁場検出器を用いて磁化可能な物体の位置を測定できる。換言すると、磁気検出信号は、ある種の磁気パターンの指紋であり、磁化可能な物体に沿って位置を決定する機能がある。このような位置センサの代替として、力又はトルクセンサを提供することができる。この場合、検出した信号が物体にかかるトルク又は力に依存するという現象を利用してもよい。
【００１０】
換言すると、プログラミングユニットの形状は、電気プログラミング信号の特性とともに、異なる磁極性（例えば、「Ｎ極」、「Ｓ極」）を有する磁気符号化領域の特性を定義してもよい。
【００１１】
この方法によって、磁化可能な物体（例えば、往復運動するシャフト）に沿って絶対位置を、例えば、１μｍ以下の高分解能で測定することができる磁場センサを生成することができる。
【００１２】
かかる位置センサは、異なる長さ、例えば、第１の範囲１〜４０ｍｍ、第２の範囲５０〜１００ｍｍ、第３の範囲１００ｍｍを上回り、特に６ｍ迄、の磁化可能な物体を備えてもよい。特にこのような長いシャフトの場合、磁化スキームが、シャフトの拡張部に沿った磁気パターンを画定することができる。これによって、磁化可能な物体の拡張部に沿って配置した１以上の磁場検出器によって検出した測定した磁場強度に依存する電流シャフトの位置を、一意的に導き出すことが可能となる。
【００１３】
磁化可能な物体を磁化する場合、電流を投入して、プログラミングワイヤを介して流してもよい。プログラミングワイヤは、磁化可能な物体に直接接触する、又は、磁化可能な物体と直接抵抗接続をせずに隣接して配置してもよい。プログラミング電流は、速い立ち上がりエッジと遅い立ち下がりエッジを有する電流パルスでもよい。或いは、プログラミング電流は定電流パルスでもよい。
【００１４】
代表的な実施の形態によると、マイクロプロセッサ等の制御ユニット（中央処理部、ＣＰＵ）は、磁化可能な物体に沿った位置を導き出すことができる、磁場を検出するために使用する磁場検出器の群から一つ又はグループの磁場検出器を選択してもよい。これによって、制御ユニットの制御の下、小グループの磁場検出器を選択的に作動してもよい。
【００１５】
小グループの磁場検出器をグループ毎に配置して、それぞれのグループ（例えば、組み）の磁場検出器（例えば、コイル）が検出信号を生成し、評価ユニットに供給するようにしてもよい。
【００１６】
しかしながら、評価ユニットとコイルのグループを切り替えることも可能である。１以上のコイルを、ある時は異なるコイルのグループと対応する評価ユニットに切り替えることができる。これによって、各磁場検出器を異なるグループの間で共有することができるので、必要とする磁場検出器の数を削減することが可能である。
【００１７】
磁化可能な物体の近傍に一つだけでなく、複数のプログラミングワイヤを配置してもよい。磁化可能な物体の近傍に湾曲した又はループしたワイヤを配置することによって、磁化可能な物体の複数の位置でこのようなプログラミングを行うことができる。
【００１８】
必要とする磁場検出器の数を削減するため、磁場検出器のグループを、往復運動するシャフト等の磁化可能な物体の部分に沿ってのみ配置することもできる。これによって、実装する磁場検出器の数を削減することができる。換言すると、使用するコイルボードを短縮できるため、コストを削減できる。
【００１９】
しかしながら、特に大型位置センサでは、湾曲したプログラミングワイヤが有利である。シャフトの長手方向の拡張部又はシャフトの周縁部に沿って２以上の異なる磁化部分を生成する場合、隣接する磁気符号化領域の間の部分は、局所的磁化が適切に定義されないため測定には不適当である。このような部分を「死角」と呼ぶことができ、力、トルク又は位置を測定するために使用すべきではない。
【００２０】
したがって、磁化可能な物体の周縁及び／又は長手方向の拡張部に沿って十分な数の測定コイルを配置して、磁化可能な物体の回転又は往復運動の状態毎に、十分な数の磁場検出器を死角でない位置に配置できるようにすることは、有利である。一般的に、回転シャフトと比較して非回転シャフトでは、測定コイルの数は少なくても十分である。
【００２１】
代表的な実施の形態では、１又は２又はそれ以上のループ状のプログラミングワイヤを設けてもよい。ループの長さ、又はループをシャフトの拡張部又は周縁に沿って配置する数学的規則は、プログラミングワイヤに応じて変更してもよい。例えば、プログラミングワイヤを、周期的、例えば、１ｃｍ又は１０ｃｍの周期で反復するように幾何学的に配置してもよい。
【００２２】
往復運動をする磁化可能な物体の現在の位置を算出する場合、シャフトの複数の位置に沿った磁場を測定することが有利である。異なる磁場信号の位相関係によって、往復運動するシャフトの実際の位置を一意的に決定することが可能になる。換言すると、往復運動時に往復運動するシャフトの個別の位置毎に、磁場検出器が測定する複数の信号の組み合わせは一意である。このため、測定信号のタプルから、シャフトの電流位置を一意的に導き出すことができる。例えば、二以上の検出信号値をルックアップテーブルに記憶して、それぞれのシャフト位置と関連付け、ルックアップテーブルを測定した信号と比較して、電流位置を決定してもよい。
【００２３】
円形の磁化可能な物体の周縁に沿ったプログラミングワイヤの拡張部は、異なるループが円を形成するようにしてもよい。或いは、異なるループが、楕円等の形状を有するようにしてもよい。楕円状の構成は、死角の量を減らすため、不感時間を減らせる。
【００２４】
磁気符号化領域の符号化は、磁化可能なシャフトと接触のないプログラミングユニットを用いて実行してもよい。例えば、電気的に絶縁された領域を設けてもよい。或いは、符号化処理時に、プログラミングワイヤとシャフトとを導電性をもって接続してもよい。この際、圧のかかったバネを用いた接触ピンを設けてもよい。
【００２５】
シャフトの拡張部に沿った、又はシャフトの周縁に沿った符号化特性は、振動の「波長」又は交番（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）磁気符号化領域が拡張部に沿って変化するようにしてもよい。このため、隣接するプログラミングループの間の距離は、シャフトの拡張部又は周縁に沿った特性に応じて変化してもよい。この手法によって、正弦波又は余弦波をシャフトに沿って形成することができる。シャフトの拡張部に沿って振動磁場特性の四分の一波長又は９０°の間隔で二つの磁場検出コイルを配置することが好ましい。
【００２６】
しかしながら、シャフトの拡張部に沿って４つのコイルを設けることもできる。隣接する二つのコイルの間の距離は、シャフトに沿った振動の四分の一波長又は９０°でもよい。４つの磁場検出器を設けることによって、温度の影響及びオフセットを相殺することができる。
【００２７】
特に、検出した値を正規化する、例えば、検出した最低の値を「０」の値に設定し、最大値を「１」の値に設定するために二つのコイルを使用することができる。他の二つのコイルの値は、０と１の間のスケールで算出する。したがって、検出した信号は、絶対値とは独立で、使用するシャフト／磁場の振幅の様々な大きさとも独立である。算出部は、０と１の間の数を算出し、信号がシャフト及び絶対値の大きさと完全に独立となるように正規化する。４つの磁場検出器の４つの検出値の相関は、ルックアップテーブルに記憶したタプルと比較される。これらのタプルには、シャフトの個別の位置が割り当てられている。したがって、検出した正規化信号から、シャフトに沿った正確な位置を決定することができる。
【００２８】
コイルの数は、４より多くてもよく、又は少なくてもよい。
【００２９】
異なる磁場検出器をシャフトの拡張部に沿って、又はシャフトの周縁に沿って配置してもよく、或いは、シャフトの周囲を二次元でマトリクス状に配置してもよい。
【００３０】
４つのコイル信号のうち、二つの信号で振幅及びオフセットの依存性を除去し、他の二つのコイル信号をシャフト位置の一意的な割り当てに用いてもよい。
【００３１】
第５のコイルを追加して実装することは、特に、シャフトの拡張部又は周縁に沿って変化する磁場の波長が変化するシナリオでも有利である。４つのコイルを、磁化可能な物体が現在位置する場所の位置の情報を提供するために使用し、第５のコイルがコイルが現在位置する振動関数の情報を提供するようにしてもよい。
【００３２】
更に、更なるコイルを追加して、例えば、ある程度の冗長を持たせて精度を向上することができる。
【００３３】
正弦関数の代わりに、例えば、鋸歯信号など、如何なる周期／調和／反復関数を用いてもよい。関数は単調であってもよい。
【００３４】
かかる構成は、コイルとシャフトとの間の距離と独立してセンサ信号を受信可能であり、距離が大きくなっても測定できるので有利である。
【００３５】
次に、本発明の更なる代表的な実施の形態について説明する。
【００３６】
以下、更なる代表的な実施の形態の磁化装置について説明する。しかしながら、これらの実施の形態は、センサ装置及び磁化可能な物体を磁化する方法にも適用可能である。
【００３７】
磁化装置は、プログラミングユニットと連結し、プログラミングユニットに電気プログラミング信号を共有する電気ユニットを含む。このため、プログラミングユニットは、電源ユニットによって作動することができる。かかる電気プログラミング信号は、電流又は電圧であってもよく、特に、直流電流（ＤＣ）又は直流電圧であってもよく、交流電流（ＡＣ）又は交流電圧であってもよい。
【００３８】
しかしながら、電源ユニットは、第１のパルスをプログラミングユニットに沿って第１の方向に第１の電流フローを流すようにプログラミングユニットに印加することによって、プログラミング信号を提供するようになっている。好ましい場合は、電源ユニットは、第２のパルスをプログラミングユニットに沿って第２の方向に第２の電流フローを流すようにプログラミングユニットに印加することによって、プログラミング信号を提供するようにしてもよい。
【００３９】
第１及び／又は第２の電流パルスは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを有してもよく、立ち上がりエッジは立ち下がりエッジより勾配が急であってもよい。換言すると、プログラミングユニットは、図３５に示すものと類似したＰＣＭＥパルスによって作動することができる。このため、プログラミングユニットと磁化可能な物体の間に直接接触、即ち、直接的な抵抗接続があってもよい。或いは、プログラミングユニットと磁化可能な物体との間をその他の電気的な接続、例えば、容量結合で接続し、立ち上がりエッジが速く、立ち下がりエッジが遅いパルスを実行するようにしてもよい。
【００４０】
第１の方向を第２の方向の反対として、相互に反対方向の指向性を有する磁化を有する、二つの磁場部分を生成するようにしてもよい。
【００４１】
プログラミングユニットは、磁化可能な物体と導電性の接続をする、又はしないで、電気プログラミング信号を印加して、磁化可能な物体を磁化するようになっている。換言すると、電流又は電圧を直接シャフトに印加してもよい。即ち、シャフトと抵抗接続を形成して、或いは非接触で、例えば、容量結合を用いて印加してもよい。
【００４２】
プログラミングユニットは、電気プログラミング信号として電流又は電圧を用いて磁化可能な物体を磁化するようにしてもよい。このため、電流又は電圧をプログラミングユニットに印加して、プログラミングユニットの周囲に磁場を生成し、磁場可能な物体を磁化してもよい。或いは、プログラミングユニットによって電流又は電圧を直接シャフトに結合し、シャフトを流れる電流によって磁化するようにしてもよい。
【００４３】
プログラミングユニットは、巻かれて、又は湾曲して、電気プログラミング信号を印加する際に、少なくとも部分的に磁化可能な物体を囲繞する、又は少なくとも部分的に磁化可能な物体を接触するプログラミングワイヤを含んでもよい。
【００４４】
したがって、対応して導電性ワイヤを巻く、湾曲させる、ループさせる、或いはかかるワイヤを磁化可能な物体に対して所定の方法で配置することによって、磁化可能な物体に印加する磁場分布又は電流分布の幾何学的構成を画定し、磁気パターンを形成することができる。
【００４５】
プログラミングワイヤは、ほぼ蛇行形状、ほぼ螺旋形状及びほぼループ形状からなる群の少なくとも一つの態様に巻かれた又は湾曲してもよい。このため、プログラミングワイヤの異なる部分が磁化可能な物体から異なる距離を有するようにして、生成される磁場又は投入される電流又は電圧を部分毎に独立して規定するようにしてもよい。
【００４６】
プログラミングユニットが少なくとも二つのプログラミングワイヤを含み、少なくとも二つのプログラミングワイヤが、電気プログラミング信号を印加する際に、少なくとも二つのプログラミングワイヤが磁化可能な物体を部分的に囲むように、巻く、又は湾曲してもよい。電気プログラミング信号は、複数のプログラミングワイヤに同時に印加してもよいし、グループ毎に印加してもよいし、一つずつ印加してもよい。独立したプログラミングユニットを複数のプログラミングワイヤの各々に設けてもよいし、又は少なくとも一つのグループを、又は全てのプログラミングワイヤを同時にプログラムしてもよい。
【００４７】
電源ユニットを少なくとも二つのプログラミングワイヤの各々に連結して、電気プログラミング信号を少なくとも二つのプログラミングワイヤの各々に供給してもよい。このため、単独の電源ユニットを設けても、複数のプログラミングワイヤに電気エネルギー／電気信号を効果的に供給することができきる。
【００４８】
プログラミングユニットは、プログラミングユニットが磁化可能な物体に隣接する位置にあり、電気プログラミング信号をプログラミングユニットに印加すると、磁化可能な物体を磁化して、磁化可能な物体の拡張部に沿って、少なくとも二つの磁気符号化領域として所定の磁気パターン形成するような形状であってもよい。
【００４９】
所定の磁気パターンは、正弦関数、鋸歯関数、ステップ関数からなる群の少なくとも一つでもよい。これらの数学関数の組み合わせを、磁化可能なシャフトの周縁部又は拡張部に沿った所定の磁気パターンとして定義することもできる。正弦関数の代わりに、余弦関数又はその他の三角関数、例えば、正接関数を適用することもできる。
【００５０】
所定の磁気パターンは周期的に反復するパターンであってもよい。換言すると、パターンは、複数の期間定期的な態様で反復する部分を含んでもよい。例えば、チェス盤状の構造等をこのようなパターンに用いてもよい。しかしながら、磁化可能な物体に沿った複数の波長に正弦波パターンを用いることもできる。
【００５１】
所定の磁気パターンが、磁化可能なシャフトの拡張部に沿って変化する周期性を有した反復するパターンであってもよい。例えば、正弦波パターンの第１の波長が次の正弦波パターンの第２の波長とは異なる、等でもよい。例えば、周期関数は、多項関数等の非周期関数で畳み込む、又は掛け合わせてもよい。このため、個別の正弦波振動の波長と組み合わせたこの個別の正弦波振動内の位相は、磁化可能な物体に沿った個別の位置を一義的に導き出すことができるため、往復運動をする、又は回転する磁化可能な物体の位置を導き出すことができる。
【００５２】
少なくとも二つの磁気符号化領域は、磁化可能な物体の長手方向及び／又は周縁の拡張部に沿って構成してもよい。このため、磁化可能な物体に沿った長手方向の位置を決定することができる。或いは磁化可能な物体の周縁方向に沿った位置、例えば、角度を決定することができる。
【００５３】
少なくとも二つのプログラミングワイヤが、異なる所定の磁気パターンを磁化可能な物体の拡張部に沿った少なくとも二つの磁気符号化領域として形成するようになっていてもよい。これによって、二つ以上（例えば４つ）のプログラミングワイヤを、例えば、管状シャフトの周縁に沿って配置すると、異なる角度（例えば、四分円は半円）毎に磁気的に別々に符号化することができる。これらの部分から得られた磁場検出情報の組み合わせによって、装置の長手方向又は角度位置を一義的に決定することができる。
【００５４】
以下、移動可能な物体の物理的パラメータを磁気的にセンシングする、更に代表的な実施の形態のセンサ装置について説明する。しかしながら、これらの実施の形態は、磁化装置及び磁化可能な物体を磁化する方法にも適用可能である。
【００５５】
センサ装置は、少なくとも二つの磁気符号化領域によって生成され、物理的パラメータを示す磁場を検出するように構成された少なくとも一つの磁場検出器を含んでもよい。一又は複数の磁場検出器を設けることによって、磁化可能な物体に力、トルク、又は運動を加えた時に、少なくとも二つの磁気符号化領域によって生成される磁場を検出することができる。
【００５６】
少なくとも一つの磁場検出器が、移動可能な物体の拡張部に対してほぼ平行な方向を向いたコイル軸を有するコイルと、移動可能な物体の拡張部に対してほぼ垂直な方向を向いたコイル軸を有するコイルと、ホール効果プローブと、巨大磁気共鳴磁場センサと、磁気共鳴磁場センサから成る群の少なくとも一つを含んでもよい。このため、磁場検出器の何れかは、往復運動をする物体の往復運動方向に対してほぼ平行な方向を向いたコイル軸を有するコイルを含んでもよい。更に、磁場検出器の何れかは、往復運動をする物体の往復運動方向に対してほぼ垂直な方向を向いたコイル軸を有するコイルによって実現してもよい。コイルが、コイル軸と運動（例えば、往復運動）方向との間の他の角度を向いていても可能であり、本発明の範囲から逸脱するものではない。移動する磁化符号化領域が、磁気流をコイルに変調することによって誘導電圧を誘導するコイルの代替として、ホール効果プローブを磁気検出器として用いて、ホール効果を利用してもよい。或いは、巨大磁気共鳴磁場センサ又は磁気共鳴磁場センサを磁場検出器として用いてもよい。しかしながら、他の磁場検出器を用いて、それぞれの磁場検出器の十分近傍にある磁気符号化領域の一つの存在、不在を検出してもよい。
【００５７】
移動可能な物体は、円形シャフト、チューブ、ディスク、リング又は非円形物体からなる群の少なくとも一つであってもよい。位置センサアレイにおいて、物体は、往復運動をする物体、例えば、シャフトでもよい。かかるシャフトは、エンジンによって駆動することができ、例えば、コンクリート処理装置の油圧式駆動作動シリンダでもよい。如何なる用途においても、このような位置センサ、トルクセンサ、剪断力センサ、及び／又は角度センサの磁化は、精度及び信頼性の極めて高い力センサ、位置センサ、トルクセンサ、剪断力センサ、及び／又は角度センサを低コストで製造することができるので、有利である。特に、自動車、採鉱及び掘削装置に本発明のシステムを提供してもよく、掘削角度、掘削方向及び掘削力のモニタリングに用いてもよい。本発明の更なる代表的な実施の形態は、エンジンのノッキングの認識及び分析である。
【００５８】
物理的パラメータは、移動可能な物体又は移動物体の位置、力、トルク、速度、加速度及び角度からなる群の何れか一つであってもよい。
【００５９】
少なくとも二つの磁気符号化領域は、移動可能な物体の長手方向の磁化領域であってもよい。このため、シャフトの拡張部に沿って、異なる磁気符号化領域を設けてもよい。しかしながら、これに加えて、或いは代替として、少なくとも二つの磁気符号化領域が移動可能な物体の周縁の磁化領域であってもよい。換言すると、本実施の形態によると、移動可能な物体の周縁に沿って、極性及び／又は振幅について異なる磁化を有する磁場領域を設けてもよい。
【００６０】
少なくとも二つの磁気符号化領域を、第１の方向を向いた第１の磁気流領域と第２の方向を向いた第２の磁気流領域によって形成してもよく、ここで、第１の方向を第２の方向の反対としてもよい。移動可能な物体の断面図には、第１の方向と第１の半径を有する第１の円形磁気流と第２の方向と第２の半径を有する第２の円形磁気流が存在し、第１の半径が第２の半径より大きくてもよい。
【００６１】
移動可能な物体は、少なくとも１００ｍｍ、特に少なくとも１ｍ以上の長さを有してもよい。このため、上述の特徴を有するセンサ装置は、比較的大きな移動可能な物体に特に好適であるが、より小さな物体にも適用可能である。
【００６２】
上述の態様及びその他の態様、代表的な実施の形態、特徴、本発明の利点と考えられるものについては、図面を参照した、以下の説明と添付の特許請求の範囲から明らかになる。図面において同様の構成には同様の参照番号を付している。
【００６３】
本発明の理解を更に助けるために含まれ、且つ明細書の一部を構成するところの添付の図面は、本発明の実施形態を示している。但し、これらの図面は、本発明の範囲を、図示した明白な実施形態に限定するために提供されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
本発明は、シャフト等のセンサ素子を有するセンサであって、センサ素子が、
第１の電流パルスを、
―  センサ素子の縦軸に沿った第１の方向に第１の電流が流れ、
【００６５】
―  センサ素子に磁気符号化領域が生成されるように、センサ素子に印加するステップを含む製造ステップに従って製造されるセンサに関する。
【００６６】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、更に第２の電流パルスをセンサ素子に印加する。第２の電流パルスは、センサ素子の縦軸に沿った方向に第２の電流の流れが起こるように印加される。
【００６７】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、第１の電流パルスと第２の電流パルスの方向は反対である。更に、本発明の更に代表的な実施の形態によると、第１及び第２の電流パルスの各々は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを有する。好ましくは、立ち上がりエッジは立ち下がりエッジより勾配が急である。
【００６８】
本発明の代表的な実施の形態の電流パルスを印加すると、センサ素子の磁場構造が、センサ素子の断面に、第１の方向を有する第１の円形磁気流と第２の方向を有する第２の磁気流が存在するようになると考えられる。第１の磁気流の半径は、第２の磁気流の半径より大きい。断面が非円形のシャフトでは、磁気流は円形でなくともよく、対応するセンサ素子の断面にほぼ対応し、適合する形状を有してもよい。
【００６９】
本発明の代表的な実施の形態に従って符号化したセンサ素子にトルクがかからない場合、外部で磁場は検出されない、又はほぼ検出されないと考えられる。センサ素子にトルク又は力がかかると、センサ素子から発生する磁場が、適当なコイルによって検出できるようになる。これについて、更に詳細に説明する。
【００７０】
本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサは、センサ素子のコア領域を囲繞する周縁表面を有する。第１の電流パルスを、センサ素子のコア領域で第１の方向に第１の電流の流れが生じるように、周縁表面の第１の位置でセンサ素子に導入する。第１の電流パルスは、周縁表面の第２の位置でセンサ素子から放電される。第２の位置は第１の距離から第１の方向に離間している。本発明の代表的な実施の形態では、第２の電流パルスを、第２の電流がセンサ素子のコア領域又はコア領域の近傍を第２の方向に流れるように、周縁表面の第２の位置又は第２の位置の近傍でセンサ素子に導入してもよい。第２の電流パルスは、周縁表面の第１の位置又は第１の位置の近傍でセンサ素子から放電してもよい。
【００７１】
既に説明したように、本発明の代表的な実施の形態では、センサ素子は、シャフトであってもよい。かかるシャフトのコア領域は、コア領域がシャフトの中心を囲繞するようにシャフトの内部をその長手方向の拡張部に沿って延在してもよい。シャフトの周縁表面は、シャフトの外側表面である。第１の位置及び第２の位置は、それぞれシャフトの外側の周縁領域である。それら領域を構成する接触部分の数は限定的であってもよい。好ましくは実際の接触領域を、例えば、真鍮リングからなる電極領域を電極として設け生成してもよい。又、導体のコアは、絶縁のないケーブル等の導体とシャフトとの間の電気的な接触を良好とするため、シャフトの周りをループしてもよい。
【００７２】
本発明の代表的な実施の形態によると、第１の電流パルスと、好ましくは、第２の電流パルスをセンサ素子の端面でセンサ素子に印加しなくてもよい。第１の電流パルスは最大値を、４０〜１４００アンペアの間、又は６０〜８００アンペアの間、又は７５〜６００アンペアの間、又は８０〜５００アンペアの間に有してもよい。電流パルスは、適当な符号化がセンサ装置に起こるように最大値を有してもよい。しかしながら、使用する材料が異なり、センサ素子の形状及び寸法も異なるため、電流パルスの最大値は、これらのパラメータに従って調整してもよい。これに対して第２のパルスは、最大値がより小さくてもよく、上述の最大値より略１０、２０、３０、４０、５０％小さくてもよい。しかしながら、第２のパルスは、しかしながら、第２のパルスは、最大値がより大きくてもよく、上述の最大値より略１０、２０、３０、４０、５０％大きくてもよい。これらのパルスの持続期間は同一でもよい。しかしながら、第１のパルスが第２のパルスの持続期間よりも十分に長い持続期間を有することもできる。また、第２のパルスが第１のパルスの持続期間よりも長い持続期間を有することもできる。
【００７３】
第１及び／又は第２の電流パルスは、パルスの開始から最大値までの第１の持続期間と、最大値からパルスのほぼ終端までの第２の持続期間を有する。本発明の代表的な実施の形態では、第１の持続期間は、第２の持続期間より大幅に長い。例えば、第１の持続期間は、３００ｍｓより小さく、第２の持続期間は３００ｍｓより大きくてもよい。しかしながら、第１の持続期間が２００ｍｓより小さく、第２の持続期間が４００ｍｓより大きくてもよい。又、本発明の別の代表的な実施の形態によると、第１の持続期間は、２０〜１５ｍｓで、第２の持続期間は１８０〜７００ｍｓでもよい。
【００７４】
既に説明したように、複数の第１の電流パルス、又は複数の第２の電流パルスを印加することもできる。センサ素子は、鋼材で生成してもよく、鋼材はニッケルを含んでもよい。第１のセンサ又はセンサ素子に用いるセンサ材料は、ＤＩＮ１．２７２１、又は１．４３１３、又は１．４５４２、又は１．２７８７、又は１．４０３４、又は１．４０２１、又は１．５７５２、又は１．６９２８に記載の、５０ＮｉＣｒ１３、又はＸ４ＣｒＮｉ１３−４、又はＸ５ＣｒＮｉＣｕＮｂ１６−４、又はＸ２０ＣｒＮｉ１７−４、又はＸ４６Ｃｒ１３、又はＸ２０Ｃｒ１３、又は１４ＮｉＣｒ１４、又はＳ１５５であってもよい。
【００７５】
第１の電流パルスは、少なくとも第１の電極と第２の電極を有する電極システムによって印加してもよい。第１の電極は第１の位置又は第１の位置の近傍に位置し、第２の電極は第２の位置又は第２の位置の近傍に位置する。
【００７６】
本発明の代表的な実施の形態によると、第１の電極及び第２の電極は各々、複数の電極ピンを有する。第１の電極と第２の電極の各々の複数の電極ピンは、センサ素子を囲む周縁状に配置され、センサ素子が第１の位置と第２の位置でシャフトの外部周縁表面において複数の接触点で第１の電極及び第２の電極の電極ピンによって接触するようになっていてもよい。
【００７７】
既に説明したように、電極ピンの変わりに、層状又は２次元の電極表面を用いてもよい。好ましくは、電極表面は、電極とシャフト材料の間との良好な接触を確実とするように、シャフトの表面に適合するようになっている。
【００７８】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、第１の電流パルスの少なくとも一つと第２の電流パルスの少なくとも一つをセンサ素子に印加して、センサ素子が磁気符号化領域を有し、センサ素子の表面に対してほぼ垂直な方向にセンサ素子の磁気符号化領域が、第１の方向の第１の磁気流と第２の方向の第２の磁気流が存在する磁場構造を有するようにする。本発明の他の代表的な実施の形態によると、第１の方向は第２の方向の反対である。
【００７９】
本発明の更なる代表的な実施の形態によると、センサ素子の断面において、第１の方向と第１の半径を有する第１の円形磁気流と第２の方向と第２の半径を有する第２の円形磁気流が存在する。第１の半径は第２の半径より大きくてもよい。
【００８０】
更に、本発明の更なる代表的な実施の形態によると、センサ素子は、第１の位置に隣接する第１のピン止め領域と第２の位置に隣接する第２のピン止め領域とを有してもよい。
【００８１】
ピン止め領域は、本発明の代表的な実施の形態による以下の製造方法に従って製造してもよい。本方法によると、第１のピン止め領域を形成するため、第１の位置又は第１の位置の近傍で、第３の電流パルスをセンサ素子の周縁表面に印加し、第２の方向に第３の電流の流れが生じるようにする。第３の電流の流れは、第１の位置から第２の方向に離間した第３の位置でセンサ素子から放電される。
【００８２】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、第２のピン止め領域を形成するため、第２の位置又は第２の位置の近傍で、第４の電流パルスをセンサ素子の周縁表面に印加し、第１の方向に第４の電流の流れが生じるようにする。第４の電流の流れは、第２の位置から第１の方向に離間した第４の位置でセンサ素子から放電される。
【００８３】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、磁気符号化領域を有する第１のセンサ素子を含むトルクセンサが提供される。第１のセンサ素子は表面を有する。本発明によると、第１のセンサ素子の表面に対してほぼ垂直な方向に、第１のセンサ素子の磁気符号化領域が、第１の方向の第１の磁気流と、第２の方向の第２の磁気流を有する磁場構造を含む。第１の方向と第２の方向は相互に反対であってもよい。
【００８４】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、トルクセンサは、更に、少なくとも一つの磁場検出器を有する第２のセンサ素子を含んでもよい。第２のセンサ素子は、磁気符号化領域の変動を検出するようになっている。より正確には、第２のセンサ要素は、第１のセンサ素子の磁気符号化領域から発生する磁場の変動を検出するようになっている。
【００８５】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、磁気符号化領域は、第１のセンサ素子の部位に沿って長手方向に延在するが、第１のセンサ素子の一方の端面から第１のセンサ素子の他方の端面には延在しない。換言すると、磁気符号化領域は、第１のセンサ素子全体に沿って延在しないが、その部位に沿ってのみ延在する。
【００８６】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、第１のセンサ素子は、磁気符号化領域を変化させる、又は生成する第１のセンサ素子に印加する少なくとも一つの電流パルス又はサージに起因する、第１のセンサ素子の材料の変化を有する。このような材料の変化は、例えば、電流パルスを印加する電極システムの間、及び対応するセンサ素子表面の接触抵抗の変化によって生じることがある。このような変化として、例えば、焦げ跡、変色、又は焼き鈍し痕が挙げられる。
【００８７】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、電流パルスはセンサ素子の端面ではなく外部面に印加されるため、この変化は、第１のセンサ素子の端面ではなく、センサ素子の外部面に生じる。
【００８８】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、断面に、それぞれ反対方向に走る少なくとも二つの円形磁気ループを有する磁場センサ用のシャフトが提供される。本発明の他の代表的な実施の形態によると、かかるシャフトは、上述の製造方法に従って製造可能である。
【００８９】
更に、シャフトは、同心円状に配設される少なくとも二つの円形磁気ループを有してもよい。
【００９０】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、最初に第１の電流パルスをシャフトに印加する以下の製造ステップに従って製造するトルクセンサ用のシャフトを提供してもよい。第１の電流パルスは、シャフトの縦軸に沿って第１の方向に第１の電流が流れるようにシャフトに印加される。第１の電流パルスは、電流パルスの印加が、シャフトに磁気符号化領域を生成するようになっている。これは、上述の電極システムを用いて上述の電流パルスを印加して行ってもよい。
【００９１】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、電流サージをトルクセンサ用のセンサ素子に印加する電極システムを提供してもよい。この電極システムは少なくとも第１の電極と第２の電極を有し、第１の電極はセンサ素子の外部面の第１の位置に位置するようになっている。第２の電極はセンサ素子の外部面の第２の位置に位置するようになっている。第１の電極と第２の電極は、センサ素子のコア領域内部に電流が生じるように、少なくとも一つの電流パルスを第１の位置と第２の位置で印加し、放電するようになっている。少なくとも一つの電流パルスは、磁気符号化領域をセンサ素子の部位に生成するようになっている。
【００９２】
本発明の代表的な実施の形態によると、電極システムは、各々が複数の電極ピンを有する、少なくとも二つのグループの電極を含む。各電極の電極ピンは、センサ素子の外部面において複数の接触点で、センサ素子が電極の電極ピンによって接触するように円形に配設されている。センサ素子の外部面は、センサ素子の端面を含まない。
【００９３】
図１は、本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサを示す。トルクセンサは、長方形断面を有する第１のセンサ素子、即ちシャフト２を含む。第１のセンサ素子２は、ほぼＸで示す方向に沿って延在する。第１のセンサ素子２の中央部分には、符号化領域４がある。参照番号１０で示す、符号化領域、即ち、磁気符号化領域４の一方の端部を第１の位置とし、参照番号１２で示す符号化領域の他方の端部を第２の位置とする。矢印１４、１６は、電流パルスの印加を示す。図１に示すように、第１の電流パルスを第１のセンサ素子２に、第１の位置１０に隣接した、即ち、近接した外部領域に印加する。好ましくは、後に詳述するように、電流を第１のセンサ素子２に、第１の位置１０に近接した複数のポイント又は領域に流入する、好ましくは、第１の位置１０に沿って第１のセンサ素子２の外部面を囲繞するように流入する。矢印１６で示すように、電流パルスは、第２の位置１２、又は第２の位置１２に近接した、又は隣接した第１のセンサ素子２の近傍から、好ましくは符号化する領域４の端部に沿った複数の位置から放電される。既に説明したように、複数の電流パルスを、第１の位置１０から第２の位置１２へ、又は第２の位置１２から第１の位置１０へ交番するように連続して印加してもよい。
【００９４】
参照番号６は、好ましくは、電子制御部８に接続したコイルである、第２のセンサ素子を示す。電子制御部８は更に、第２のセンサ素子６により出力される信号を処理する。出力信号は、第１のセンサ素子２に印加するトルクに対応して制御回路から出力される。制御回路８は、アナログ回路でもよく、又はデジタル回路でもよい。第２のセンサ素子６は、第１のセンサ素子の符号化領域４によって形成される磁場を検出するようになっている。
【００９５】
既に説明したように、第１のセンサ素子２に応力、即ち力がかからない場合、第２のセンサ素子６はほとんど場（ｆｉｅｌｄ）を検出しないと考えられる。しかしながら、第２のセンサ素子２に応力、即ち力がかかると、第２のセンサ素子６がほとんど場を検出しない状態から磁場の増加を検出するようになり、符号化領域により形成される磁場に変動が生じる。
【００９６】
本発明の他の代表的な実施の形態では、第１のセンサ素子に応力がかかっていなくても、第１のセンサ素子２の符号化領域４の外部又は近傍で磁場が検出可能としてもよいことに留意されたい。しかしながら、第１のセンサ素子２にかかった応力は、符号化領域４が形成する磁場の変動の原因となる。
【００９７】
以下、図２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４を参照して、本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサの製造方法について説明する。特に、本方法は、第１のセンサ素子２の磁気符号化領域の磁化に関する。
【００９８】
図２ａに示すように、電流Ｉは、磁気的に符号化する領域４の端部領域にかかる。この端部領域は、既に、参照番号１０で示した領域であり、第１のセンサ素子２の外部面の周縁領域であってもよい。電流Ｉは、参照番号１２で示す、既に第２の位置として説明した、第１のセンサ素子２の磁気符号化領域（又は、磁気的に符号化する領域）の他の端部領域から放電される。電流は、第１のセンサ素子の外部面から、好ましくは、第２の位置１２の近傍、又は近接した領域で周縁状に流す。第１の位置１０と第２の位置１２の間では点線で示すように、第１の位置で、又は第１の位置に沿って第１のセンサ素子に流入した電流Ｉがコア領域を介して、又はコア領域と平行に第２の位置１２に流れる。換言すると、電流Ｉが第１のセンサ素子２の符号化する領域４を介して流れる。
【００９９】
図２ｂは、ＡＡ’に沿った断面図である。図２ｂの概略図では、電流の流れは、図２ｂの面に十字で示されている。このように、電流の流れは、第１のセンサ素子２の断面の中心部分に示されている。上述又は後述の形状、上述又は後述の最大値を有する電流パルスは、断面図の磁気流構造２０を生じると考えられる。磁気流の方向は同一であり、ここでは、時計方向である。図２ｂに示す磁気流構造２０はほぼ円形で描かれている。しかしながら、磁気流構造２０は、第１のセンサ素子２の実際の断面に適合するようにしてもよく、例えば、より楕円形であってもよい。
【０１００】
図３ａ及び図３ｂに、図２ａ及び図２ｂを参照して説明したステップの後に適用可能な本発明の代表的な実施の形態の方法のステップを示す。図３ａに、第２の電流パルスを印加した後の本発明の代表的な実施の形態の第１のセンサ素子を示す。図３ｂに、第１のセンサ素子２のＢＢ’に沿った断面図を示す。
【０１０１】
図３ａに示すように、図２ａと比較して、図３ａでは、矢印１６で示す電流Ｉは、センサ素子２に、第２の位置１２、又は第２の位置１２の近傍に流入し、センサ素子２の第１の位置１０又は第１の位置１０の近傍から放電される。換言すると、電流は図３では、図２ａにおいて流入する場所から放電し、又、図２ａにおいて放電する場所から流入する。このため図３ａでは、電流Ｉの第２のセンサ素子２への流入と放電はそれぞれ、図２ａの電流の流れとは反対の方向に、磁気的に符号化する領域を介して電流を流すことになる。
【０１０２】
図３ｂに、センサ素子２のコア領域の電流を示す。図２ｂと図３ｂを比較してあきからなように、磁気流構造２２は、図２ｂの電流フロー構造２０と反対の方向を有する。
【０１０３】
既に示したように、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂに示すステップは、個別に適用してもよいし、又は相互に連続して適用してもよい。最初に、図２ａと図２ｂに示すステップを実行し、次に、図３ａと図３ｂに示すステップを実行すると、図４に示すように、符号化領域４を介して断面図の磁気流構造が発生すると考えられる。図４に示すように、二つの電流フロー構造２０、２２は、符号化領域で共に符号化される。このため、第１のセンサ素子２の表面に対してほぼ垂直な方向、センサ素子２のコアの方向に、第１の方向を有する第１の磁気流が存在し、更に基礎をとなる、第２の方向を有する第２の磁気流が存在する。
【０１０４】
このため、第１のトルクセンサ素子２に印加するトルクが存在しない場合、二つの磁気流構造２０、２２はお互いに相殺し合って、符号化領域の外側に磁場はほとんど存在しない。しかしながら、応力又は力が第１のセンサ素子２にかかると、磁場構造２０、２２はお互いに相殺しなくなり、符号化領域の外側に磁場が発生する。この磁場は第２のセンサ素子６が検出するようにしてもよい。
【０１０５】
図５に、本発明の代表的な実施の形態の製造方法に従って製造する代表的な実施の形態のトルクセンサに使用してもよい、本発明の代表的な実施の形態の、他の代表的な第１のセンサ素子２を示す。図５に示すように、第１のセンサ素子２は、図２ａ、２ｂ、３ａ、４に示したステップ及び構成に従って符号化することが好ましい、符号化領域４を有する。
【０１０６】
位置１０及び１２の近傍にピン止め領域４２、４４を設ける。ピン止め領域４２、４４は、符号化領域の干渉を防止するために設けられている。換言すると、ピン止め領域４２、４４は、符号化領域４の始端と終端を一層明確にする。
【０１０７】
要するに、第１のピン止め領域４２は、例えば、図２ａを参照して説明したのと同じ方法で、位置１０の近く又は近傍に電流３８を第１センサ素子２に流入することによって形成してもよい。しかしながら、電流Ｉは、位置１０の近傍の符号化領域の端部からから離間した第１の位置３０において第１センサ素子２から放出される。この追加の場所を参照番号３０によって示す。この追加の電流パルスＩの流入を、矢印３８で示し、そしてその放出を矢印４０で示す。電流パルスは、上述したのと同じ形状で最大値を有するものとされる。
【０１０８】
第２のピン止め領域４４を形成する場合、電流を、位置１２の近傍、又は位置１２に隣接する符号化領域４の端部から離間した位置３２で第１のセンサ素子２に導入する。すると、電流は、位置１２又はその近傍で第１のセンサ素子２から放電される。電流パルスＩの流入については、矢印３４及び３６で示す。
【０１０９】
ピン止め領域４２及び４４は好ましくは、これらのピン止め領域４２及び４４の磁気流構造が、隣接する符号化領域４においてそれぞれに隣接する磁気流構造とは反対の方向となるようにする。図５から分るように、ピン止め領域については、符号化領域４の符号化後又は符号化完了後に、第１のセンサ素子２に符号化することができる。
【０１１０】
図６に、そこでは符号化領域４が存在しない、本発明の他の代表的な実施の形態を示す。換言すると、本発明の一つの代表的な実施の形態によると、ピン止め領域については、磁気符号化領域４を実際に符号化する前に、第１のセンサ素子２に符号化してもよい。
【０１１１】
図７に、本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサ用の第１のセンサ素子２の製造方法を単純化したフローチャートを示す。
【０１１２】
ステップＳ１の開始後、本方法はステップＳ２に進み、図２ａ及び２ｂを参照して説明したように、第１のパルスを印加する。ステップＳ２の後に、本方法はステップＳ３に進み、図３ａ及び３ｂを参照して説明したように、第２のパルスを印加する。
【０１１３】
それから、本方法はステップＳ４に進み、ピン止め領域を第１のセンサ素子２に符号化するか否かを判断する。ステップＳ４においてピン止め領域がないと判断されると、本方法はステップＳ７に進み、終了する。
【０１１４】
ステップＳ４においてピン止め領域を第１のセンサ素子２に符号化すると判断した場合、本方法はステップＳ５へと進み、第３のパルスを矢印３８及び４０で示す方向にピン止め領域４２、そして矢印３４及び３６で示す方向でピン止め領域４４に印加する。それから、本方法はステップＳ６へと進み、力パルスをそれぞれのピン止め領域４２及び４４に加える。ピン止め領域４２に対して、力パルスを、矢印３８及び４０で示す方向と反対の方向に加える。また、ピン止め領域４４に対して、矢印３４及び３６と反対の方向を有する力パルスをピン止め領域に加える。それから、本方法はステップＳ７に進み、そこで終了する。
【０１１５】
換言すると、好ましくは、二つのパルスを磁気符号化領域４を符号化するために印加する。これらの電流パルスは、反対の方向を有することが好ましい。更に、それぞれ対応する方向を有する二つのパルスを、ピン止め領域４２とピン止め領域４４に印加する。
【０１１６】
図８に、磁気符号化領域４及びピン止め領域に印加するパルスを電流と時間で表したグラフを示す。図８のグラフでｙ軸の正方向が、ｘ方向への電流の流れを示し、図８のグラフのｙ軸の負方向が、ｙ方向への電流を示している。
【０１１７】
図８から明らかなように、磁気符号化領域４の符号化のために、最初にｘ方向への電流パルスを印加する。図８から分るように、パルスの立ち上がりエッジが非常に鋭いのに対して、その立ち下りエッジは、立ち上がりエッジと比較して比較的長く緩やかである。図８に示すように、パルスは約７５アンペアの最大値を有してもよい。他の応用では、パルスは図８に示すほど鋭くなくてもよい。しかしながら、立ち上がりエッジは、立ち下がりエッジよりも傾斜が急である、又は持続時間が短いべきである。
【０１１８】
次に、第２のパルスは反対の方向をもって、符号化領域４に印加する。該パルスは、第１のパルスと同様の形状を有してもよい。しかしながら、第２のパルスの最大値はまた、第１のパルスの最大値と異なってもよい。パルスの周辺の形状は異なっていてもよい。
【０１１９】
それから、ピン止め領域の符号化のため、第１及び第２のパルスに類似したパルスを、図５及び６に図を参照して説明したように、ピン止め領域に印加してもよい。そのようなパルスを、ピン止め領域に同時に印加してもよいし、また、各々のピン止め領域に連続して印加してもよい。図８に示すように、パルスは第１及び第２のパルスとほぼ同じ形状を有してもよい。但し、その最大値を小さくしてもよい。
【０１２０】
図９は、本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサの、他の代表的な実施の形態の第１のセンサ素子の概略図であり、磁気符号化領域４を符号化する電流パルスを印加する電極構成を示している。図９から分るように、絶縁されていない導体で第１のセンサ素子２の周りを巻いてもよい。その場合、この第１のセンサ素子２は、図９から分るように円形の横断面を有する円形シャフトとなってもよい。導体が第１のセンサ素子２の外部面に確実に密着させるため、導体を矢印６４で示すように締め付けてもよい。
【０１２１】
図１０ａに、本発明の代表的な実施の形態による、第１のセンサ素子の他の代表的な実施の形態を示す。更に、図１０ａに、本発明の代表的な実施の形態の電極システムの他の代表的な実施の形態を示す。図１０ａに示す電極システム８０及び８２は第１のセンサ素子２に接触している。該素子は、それぞれが二つの接触点を持つ三角形の横断面を有し、これらの接触点は、領域４、即ち、磁気符号化領域として符号化する領域の各側面で、三角形状の第１のセンサ素子の各位相をもって接触する。よって、全体として、領域４の側面には６つの接触点がある。個々の接触点を相互に接続してから個々の接触点に接続してもよい。
【０１２２】
電極システムと第１のセンサ素子２との間の接触点の数が限られていて、印加する電流パルスが非常に高い場合には、電極システムの接触点と第１のセンサ素子２の材料との間の接触抵抗の差異によって、電極システムの接触点で第１のセンサ素子２に焦げ跡を生じることがある。焦げ跡９０は、変色、溶接斑点、焼き鈍し箇所、又は単純な焦げ跡であってもよい。本発明の代表的な実施の形態では、接触点の数を増やすか、又はそのような焦げ跡９０が生じないような接表面を設ける。
【０１２３】
図１１に、本発明の代表的な実施の形態による円形横断面を有するシャフトである第１のセンサ素子２の別の代表的な実施の形態を示す。図１１から分るように、磁気符号化領域４は、第１のセンサ素子２の端部領域にある。本発明の代表的な実施の形態によると、磁気符号化領域４は、第１のセンサ素子２の全長に及んではいない。図１１から分るように、それはその一端に設置してもよい。但し、本発明の一つの代表的な実施の形態によると、電流パルスは第１のセンサ素子２の外部周縁表面から印加するが、第１のセンサ素子２の端面１００から印加しないことに留意する。
【０１２４】
次に、本発明の一つの好ましい実施の形態によると、磁化可能な物体を磁化した後に、本発明によって部分的に消磁して実施することができる、いわゆるＰＣＭＥ（Ｐｕｌｓｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）センシング技術について詳細に説明する。以下、ＰＣＭＥ技術について、部分的にトルクセンシングと関連して説明する。しかしながら、この概念は同様に、位置検出と関連して実施することもできる。
【０１２５】
一部の説明及び記述を読みやすくするため頭文字からなる複数の略称を使用する。「ＡＳＩＣ」、「ＩＣ」、及び「ＰＣＢ」等の略称は既に市場標準の定義となっている。一方で、特に磁気歪みに基づくＮＣＴセンシング技術に関連する略称が多くある。本明細書で、ＮＣＴ技術、又はＰＣＭＥへの言及がある場合に、それは本発明の代表的な実施の形態に参照されることに留意されたい。
【０１２６】
表１に、以下のＰＣＭＥ技術の以下の記述において使用する略語のリストを示す。
【表１】
2009519592.tif 000003
表１  略語のリスト
【０１２７】
磁気の法則に基づく機械的応力のセンシング技術によって、強磁性材料を使用する場合に応用可能な、広範囲の「物理パラメータセンサ」（力センシング、トルクセンシング、及び材料診断解析のような）を設計して、生産することができる。「磁気の法則に基づいた」センサを構築するために用いる最も一般的な技術は、誘導微分変位測定（捩じれシャフトを必要とする）、材料透磁率の変化の測定、そして磁気歪み効果の測定である。
【０１２８】
過去２０年以上、多数の様々な会社（即ち、ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、Ｆｒａｕｅｎｈｏｆｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、その他）が、磁気の法則に基づくトルクセンサをどのように設計し、そしてどのように生産するかに関して、自身の、そして極めて個別の解決方法を開発してきた。これらの技術は、それぞれに開発段階にあり、そして「どのように働くか」、達成可能な性能、システムの信頼性、そして製造コスト及びシステムコストにおいて異なっている。
【０１２９】
これらの技術のあるものは、トルクを測定すべきシャフトに対して、機械的な変化が加えること（シェブロン）、又は機械的な捩じれ効果を信頼する（トルクで捩じれる長いシャフトを必要とする）、又は何かをシャフト自身に付加すること（シャフト表面に所定の特性を有するリングの圧入）、又は、特殊な物質でシャフト表面をコーティングすることを必要とする。これまで、（殆ど）あらゆるサイズのシャフトに応用でき、しかも厳しい性能許容値を達成して、既存の技術特許に基づかない大量生産工程を誰もなし得ることができなかった。
【０１３０】
次に、磁気歪原理に基づく非接触トルク（ＮＣＴ）センシング技術について記述する。これは今まで利用できなかった非常に多くの新しい特長及び改良された性能をユーザに提供する。この技術は、手頃なコストで、いかなる所望の量であっても、充分に統合された（小空間で）、信頼性をもった実時間（高い信号帯域幅）のトルク測定を可能にする。この技術は、ＰＣＭＥ（Ｐｕｌｓｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ、パルス電流変調エンコーディング）、又は磁気歪み横方向トルクセンサと呼ばれる。
【０１３１】
ＰＣＭＥ技術は、機械的変化をシャフトに与えずに、又は何もシャフトに付着することなく、シャフトに応用できる。最も重要なことは、ＰＣＭＥ技術が、任意のシャフト径に応用でき（殆ど全ての他の技術はこの点に限界がある）、そして符号化処理の間、シャフトを回転させる、又はスピンさせる必要がないことである（製造工程が非常に簡単で低価格）。このため、この技術は大量生産の用途に好適である。
【０１３２】
次に、磁場構造（センサ原理）について記述する。
【０１３３】
センサの寿命は、「閉ループ」磁場設計に依存する。ＰＣＭＥ技術は、互いの上に蓄えられ、反対方向に走る二つの磁場構造に基づく。トルク応力又は運動応力がシャフト（別名センサホスト、又はＳＨ）に加わらない時、ＳＨは磁気的に中性に動作する（ＳＨの外部で磁場は全く検出できない）。
【０１３４】
図１２に、シャフト内に生じ、閉じた円内を走る二つの磁場を示す。外側の磁場は一つの方向に走るが、その一方で内側の磁場はその反対方向に走る。
【０１３５】
図１３に、互いの上部に生じる、二つの逆方向の円形磁場ループを使用するＰＣＭＥセンシング技術を示す（ピギーバック（Ｐｉｃｋｙ−Ｂａｃｋ）モード）。
【０１３６】
機械的応力（往復運動又はトルク等）を、ＰＣＭＥで磁化されたＳＨ（センサホスト又はシャフト）の両端に加えると、両方の磁気構造の磁束線（つまり、ループ）は、加えられたトルクに比例して傾く。
【０１３７】
図１４に示すように、機械的応力がＳＨに加わらない場合、磁束線はその独自の経路内を走る。機械的応力が加えられると、磁束線は加えられた応力（直線運動又はトルク等）に比例して傾く。
【０１３８】
加えられたトルクの方向に応じて（ＳＨに対して、時計回り又は反時計回り）、磁束線は、右に傾くか又は左に傾く。磁束線が磁気符号化領域の境界に到達すると、上部層からの磁束線が下部層からの磁束線と繋がる。その反対もまた同様である。そして、これは、完全に制御されたトロイダル形状を形成する。
【０１３９】
そのような磁気構造の利点は、以下の通りである。
【０１４０】
・機械的応力をＳＨに加えると、寄生磁場構造が減少する（殆ど排除された）（これは、良好なＲＳＵ性能をもたらす）。
【０１４１】
・センサ出力信号勾配の向上。これは、機械的応力に関連する信号を発生する際に、互いに補足し合う二つの「活性」層の存在による。説明：単層センサ設計を用いる場合、符号化領域境界に存在する「傾いた」磁束線は、一つの境界側から他の側への「戻り経路」を形成する必要がある。この作用力が第２のセンサ部を有するＳＨの外部で検出して測定可能な信号の量に影響する。
【０１４２】
・ＰＣＭＥ技術を適用する場合、ＳＨ（シャフト）の寸法には殆ど制限はない。２層磁場構造は、如何なる寸法の中実の又は中空のシャフトにも適用できる。
【０１４３】
・物理的な寸法とセンサ性能を非常に広範にプログラムできるため、目標とする用途に合わせることができる。
【０１４４】
・本センサ設計によって、シャフトに加えられる直線方向の力（ロードセルとして適用可能）を含む、全ての３次元の軸から生じる機械的応力の測定が可能となる。説明：初期の磁気歪センサ設計（例えば、ＦＡＳＴテクノロジーのもの）は、２次元軸のみに感度をもつように制限されており、直線方向の力を測定できなかった。
【０１４５】
図１５に示すように、トルクがＳＨに加わると、二つの逆方向の円形磁気ループから磁束線がセンサ領域の境界で互いに接続する。
【０１４６】
機械的トルク応力がＳＨに加わると、磁場はもはや円の中を走るのではなく、加えられたトルク応力に比例して僅かに傾く。これによって、一つの層の磁場線が他の層の磁場線と接続するようになり、トロイダル形状が形成される。
【０１４７】
図１６に、高レベルのトルクがＳＨに加わる場合、どのようにして磁束線が角度を持ったトロイダル構造を形成するかを誇張して示す。
【０１４８】
次に、ＰＣＭ符号化（ＰＣＭＥ）処理の特長及び利点について説明する。
【０１４９】
本発明によるＮＣＴＥからの磁気歪ＮＣＴセンシング技術は、以下に示す高性能センシング特性等を提供する。
【０１５０】
・センサホストには、如何なる機械的な変化も要求されない（既存のシャフトをそのままで使用できる）。
【０１５１】
・センサホストに何も付着する必要がない（従って、シャフトの寿命の間、何も外れ落ちることがなく、変化することがない。即ち、ＭＴＢＦが高い）。
【０１５２】
・測定中、ＳＨは、あらゆる所望の速度で回転、往復運動、又は移動することができる（ｒｐｍに制限なし）。
【０１５３】
・ＲＳＵ（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ：回転信号一様性）性能が非常に良好。
【０１５４】
・卓越した測定線形性（ＦＳの０．０１％まで）。
【０１５５】
・高い測定再現性。
【０１５６】
・非常に高い信号分解能（１４ビットより良い）。
【０１５７】
・非常に高い信号帯域幅（１０ｋＨｚより良い）。
【０１５８】
選択した磁気歪みセンシング技術のタイプ及び選択した物理的なセンサ設計に応じて、機械的パワー伝動シャフト（別名「センサホスト」又は略して「ＳＨ」）を、それに如何なる機械的な変更をも加えることなく、また、シャフトに何も付着せずに「そのまま」使用できる。これは、「真の」非接触トルク測定原理と呼ばれ、これによって、シャフトが自在に、任意の所望の速度をもって二つの方向に回転できる。
【０１５９】
ここで説明した、本発明の一つの代表的な実施の形態のＰＣＭ符号化（ＰＣＭＥ）製造工程は、他の如何なる磁気歪技術も提供できない追加的な特長を提供する（本技術の独自性）。
【０１６０】
・他の代替の磁気歪符号化処理（ＦＡＳＴの「ＲＳ」処理等）と比較して３倍を上回る信号強度。
【０１６１】
・容易で、簡単なシャフト装填工程（高い製造スループット）。
【０１６２】
・磁気符号化処理中に動く構成部品がないこと（製造装置の複雑度が低い、即ち高いＭＴＢＦ及び低価格）。
【０１６３】
・１パーセント以下の目標精度を達成するために、ＮＣＴセンサの「微調整」を可能にする処理。
【０１６４】
・同一の処理サイクルにおいて、シャフトの「前処理」及び「後処理」を可能にする製造工程（高い製造スループット）。
【０１６５】
・センシング技術及び製造工程はレシオメトリックであり、したがって全てのシャフト径やチューブ径に適用可能である。
【０１６６】
・ＰＣＭ符号化処理は、ＳＨが既に組み立てられている間に適用できる（接近可能性に依存する）（保守し易さ）。
【０１６７】
・最終的なセンサは軸方向のシャフトの運動に敏感でない（実際に許容可能な軸方向のシャフトの運動は磁気符号化領域の物理的な「長さ」に依存する）。
【０１６８】
・磁気的に符号化されたＳＨは、中性に保たれ、力（トルク等）がＳＨに加えられないときには、ほとんど無磁場である。
【０１６９】
・全ての３次元軸において機械的な力に敏感である。
【０１７０】
次に、ＳＨにおける磁束分布について説明  する。
【０１７１】
ＰＣＭＥ処理技術は、ＳＨ（センサホスト又はシャフト）を通して流れる電流の使用に基づく技術で、強磁性材料に所望の永久磁気符号化を実現する。所望のセンサ性能及び特性を得るためには、非常に個別で良く制御された電流が必要である。ＤＣ電流を使用した初期の実験は、導体を流れるＤＣ電流がいかに少量である、または大量であるかの理解が欠けていたために失敗した（この場合、「導体」は機械的パワーの伝動シャフトであり、別名センサホスト又は略して「ＳＨ」とも呼ばれる。）。
【０１７２】
図１７に、導体内の仮定する電流密度を示す。
【０１７３】
導体内の電流密度は、電流（ＤＣ）が導体を流れる時、導体の全横断面に亘って均一に分布すると一般的に考えられている。
【０１７４】
図１８に、導体内で電流経路を束ねる磁場を形成する小電流を示す。
【０１７５】
経験から、少量の電流（ＤＣ）が導体を流れる時、電流密度は導体の中心部で最大となる。この主な原因として、導体を流れる電流が、導体の中心部で電流路を一緒に束ねる磁場を発生させること、そしてインピーダンスが導体の中心部で最低である、という二つが挙げられる。
【０１７６】
図１９に、導体内の小電流の一つの典型的な流れを示す。
【０１７７】
しかしながら、実際には電流は一つの接続極から他へと、「直」線で流れなくてもよい（空の稲妻の形状のように）。
【０１７８】
あるレベルの電流では、発生した磁場が強磁性シャフト材料の永久磁化を引き起こすほど充分に大きい。電流がＳＨの中心の近傍又は中心を流れるとき、永久に蓄えられる磁場が同じ場所、即ちＳＨの中心の近傍又は中心に存在する。シャフトに対して振動又は往復運動のための機械的なトルク又は線形の力を加えると、内部に磁場を蓄えたシャフトは応答して、加えられた機械的な力に従ってその磁束経路を傾ける。永久に蓄えられた磁場がシャフト表面の下方深くにあるとき、測定可能な効果は非常に小さく、一様でなく、従って信頼できるＮＣＴセンサシステムを構築するためには十分でない。
【０１７９】
図２０に、飽和レベルにおける導体内の一様な電流密度を示す。
【０１８０】
飽和レベルでのみ、電流密度（ＤＣを用いる時）は導体全体の横断面に均一に分布する。この飽和レベルを達成するための電流量は極めて高く、主に使用する導体の横断面及び導電率（インピーダンス）に影響される。
【０１８１】
図２１に、導体の表面下又は表面を流れる電流を示す（表皮効果）。
【０１８２】
導体内を交流電流（無線周波数信号等）が流れる時、信号が導体の表皮層を流れること、即ち、表皮効果と呼ばれる現象は一般に広く仮定されている。選択した交流の周波数が、表皮効果の「場所／位置」及び「深さ」を規定する。高周波数において、電流は導体の表面（Ａ）、又は表面（Ａ）の近傍を流れ、他方、低周波数（２０ｍｍ直径のＳＨの場合、５〜１０Ｈｚの範囲）において、交流電流はシャフト横断面のより中心（Ｅ）を貫通する。また、より高いＡＣ周波数おいて電流が占める領域の相対電流密度は、非常に低いＡＣ周波数におけるシャフト中心近傍の相対電流密度と比較して高い（これは、低いＡＣ周波数では電流が流れるために利用可能なスペースがより多いことによる）。
【０１８３】
図２２に、異なる周波数で交流を導体に流す場合の導体の電流密度を示す（電流に対して９０度の横断面）。
【０１８４】
ＰＣＭＥセンサ技術の好ましい磁場設計は、互いの上部にある二つの層（「ピギーバック」）に生じる、互いに反対の方向に走る、二つの円形磁場構造である（Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｃｉｒｃｕｌａｒ：逆環状）。
【０１８５】
図１３に、好ましい磁場センサ構造、互いの上部に位置し、互いに反対の方向に走る二つの無限ループ、即ち、逆環状「ピギーバック」磁場設計を示す。
【０１８６】
この磁場設計を、ＳＨ（シャフト）に加えられる機械的な応力に対して高感度にして、可能な限り大きなセンサ信号を生成できるようにするため、好ましい磁場構造は、シャフト表面に最も近接している必要がある。円形磁場をＳＨの中心近傍に設けることは、ユーザが利用可能なセンサ出力信号の勾配を減少させ（センサ信号の多くは、空気と比較してはるかに高い透磁率を持つため、強磁性のシャフト材料を通して伝わる）、そして、（第２のセンサに対するシャフトの回転及び軸運動に関連して）センサ信号の不均一さを増加させる。
【０１８７】
図２３に、シャフト表面の近傍に生じる磁場構造と、シャフト中心の近傍に生じる磁場構造を示す。
【０１８８】
ＡＣ（交流）を使用する場合、生成される磁場の極性が絶えず変化し、むしろ消磁システムとして働く場合があるため、好ましいＳＨの永久的な磁気符号化を達成することは困難である。
【０１８９】
ＰＣＭＥ技術では、強電流（好ましい磁場構造の消失を防ぐために、「単極性」又はＤＣ）がシャフト表面直下を流れる必要がある（センサ信号がシャフトの外側において一様であって、かつ測定可能であることを保証するため）。更に、逆環状のピギーバック磁場構造を形成する必要がある。
【０１９０】
シャフトに二つの逆環状磁場構造を設けることは、該シャフトにそれらを交互に蓄えることによって可能である。最初に、内側の層をＳＨに生成し、次に外側の層をより弱い磁気力（内側の層が突発的に中性化されて消去されることを防止する）を用いて生成する。これを達成するためには、ＦＡＳＴテクノロジーの特許に記述されている、既知の「永久」磁石符号化技術を適用することができ、又は、電流符号化と「永久」磁石符号化との組み合わせを使用することもできる。
【０１９１】
遙かに単純で高速な符号化処理は、電流のみを用いて、所望の逆環状の「ピギーバック」磁場構造を実現することである。ここで最も困難な部分は、逆環状の磁場を作ることにある。
【０１９２】
一様な電流は、電流方向（Ａ）に対して、９０度の角度で導電体の周りを走る一様な磁場を生成する。二つの導体を並べて配置すると（Ｂ）、その時、二つの導体の間において磁場は互いの効果を打ち消し合うようになる（Ｃ）。尚、存在しているとしても、近接して配置された二つの導体の間に検出可能な（又は測定可能な）磁場はない。複数の導電体を並べて配置すると（Ｄ）、「測定可能な」磁場は、「平らな」形状をした導体表面の外側を周回するように見える。
【０１９３】
図２４に、一様な電流が流れる導体を横断面で見た時の磁気効果を示す。
【０１９４】
上記の「平らな」又は長方形の形状の導体を、「Ｕ」字型に曲げるものとする。「Ｕ」字形状の導体を通して電流を流すと、「Ｕ」字型の外形に沿って流れる電流は、「Ｕ」字の内側半部における測定可能な効果を打ち消している。
【０１９５】
図２５に示すように、「Ｕ」字形状の導体内の領域は、電流が導体を貫通して流れている時、磁気的に「中性」に見える。
【０１９６】
機械的応力が「Ｕ」字型導体の横断面に加えられない時、「Ｕ」字形状の内部（Ｆ）に磁場は存在しないように見える。しかし、「Ｕ」字形状の導体を曲げたり、又は捻ったりすると磁場はもはやその初期の独自の経路（電流に対して９０度の角度）に従わなくなる。加えられる機械的な力に応じて、磁場はその経路を僅かに変え始める。その時点で、機械的な応力によって生じる磁場ベクトルは、導体の表面で、「Ｕ」字型の内部及び外部において感知され、そして測定される。注記：この現象は非常に特別な電流レベルでのみ適用される。
【０１９７】
同様のことが「Ｏ」型導体の設計にも当てはまる。「Ｏ」型導体（チューブ）を通して一様な電流を流すと、「Ｏ」型導体（チューブ）の内部で測定可能な磁場効果が互いに打ち消されてしまう（Ｇ）。
【０１９８】
図２６に示すように、「Ｏ」型導体内部の領域は、電流が導体を流れる時、磁気的に「中性」に見える。
【０１９９】
しかしながら、機械的な応力が「Ｏ」型導体（チューブ）に加えられると、「Ｏ」型導体の内側に存在する磁場が明確になる。内部の反対方向の磁場（外部の磁場も同様）は、加えられるトルク応力に対応して傾き始める。この磁場の傾きが明確に感知され、そしてこれを測定できる。
【０２００】
次に、符号化パルス設計について説明する。
【０２０１】
ＳＨの内部に所望の磁場構造（逆環状のピギーバック磁場設計）を実現するために、本発明の代表的な実施の形態の方法によると、単極性の電流パルスがシャフト（又はＳＨ）を貫通する。「パルス」を使用することによって、所望の「表皮効果」を得ることができる。「単極性」の電流方向（電流の方向は変化しない）を使用することによって、生じる磁場効果が偶発的に打ち消されることはなくなる。
【０２０２】
使用する電流パルスの形状は、所望のＰＣＭＥセンサ設計を達成するために最も重要である。各々のパラメータは正確に且つ再現可能に制御しなければならない。該パラメータには、電流の立ち上がり時間、一定電流のオンタイム、最大電流振幅、そして電流の立ち下がり時間がある。また、電流が全シャフト表面に亘って極めて一様に出入りすることも非常に重要である。
【０２０３】
次に、長方形形状の電流パルス形状について説明する。
【０２０４】
図２７に、長方形形状の電流パルスを図示する。
【０２０５】
長方形形状の電流パルスは、正の速い立ち上がりエッジ及び速い立ち下り電流エッジを有する。長方形形状の電流パルスをＳＨを貫通して流すと、立ち上がりエッジはＰＣＭＥセンサの目標磁場構造の形成に関与するのに対して、長方形形状の電流パルスの平らな「オン」タイム及び立ち下がりエッジは反対の効果を生じる。
【０２０６】
図２８に、長方形をした電流符号化パルス幅（定電流オンタイム）とセンサ出力信号勾配との間の関係を示す。
【０２０７】
次の例では、長方形状の電流パルスを用いて、直径１５ｍｍの１４ＣｒＮｉ１４シャフト内に逆環状の「ピギーバック」場を生成して蓄えた。パルス電流は、略２７０アンペアで最大値を持つ。また、パルスの「オンタイム」は、電子的に制御した。符号化パルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの高周波成分のため、この実験は、真のＤＣ符号化ＳＨの効果を精確には表すことができない。したがって、１０００ｍｓのオンタイムの定電流パルスを流す時、センサ出力信号勾配曲線は２０ｍＶ／Ｎｍよりも上で最終的に平坦となる。
【０２０８】
速い立ち上がり電流パルスエッジを使用しない場合（制御したランピング勾配を使用するなど）、センサ出力信号勾配は非常に悪化してしまう（１０ｍＶ／Ｎｍ未満）。注記：本実験（１４ＣｒＮｉ１４を使用）では、信号のヒステリシスがＦＳ信号の約０．９５％であった（ＦＳ＝７５Ｎｍのトルク）。
【０２０９】
図２９に、複数の長方形形状の電流パルスを連続して用いたセンサ出力信号勾配の増加を示す。
【０２１０】
センサ出力信号勾配は、複数の長方形形状の電流符号化パルスを連続して用いると改善できる。他の符号化パルス形状に比較すると、長方形形状の電流パルスにおける、速い立ち下がりの電流パルス信号勾配は、センサ出力信号勾配が最適な性能レベルに到達することを妨げる。これは、少数（２から１０）の電流パルスをＳＨ（又はシャフト）に印加した後、センサ出力信号勾配がもはや大きくならないことを意味する。
【０２１１】
次に、放電電流パルス形状について説明する。
【０２１２】
放電電流パルスは定電流オンタイムを持たず、そして速い立ち下がりエッジを持たない。したがって、ＳＨの磁気符号化における主要で切実な作用は、この電流パルス型の速い立ち上がりエッジである。
【０２１３】
図３０に示すように、ＰＣＭＥセンサを作るとき、急峻な立ち上がり電流エッジ及び典型的な放電曲線が最良の結果を与える。
【０２１４】
図３１に、適正なパルス電流を識別することによるＰＣＭＥセンサ出力信号勾配の最適化を示す。
【０２１５】
パルス電流スケールの非常に低い端部（径が１５ｍｍ、シャフト材料が１４ＣｒＮｉ１４のシャフトの場合、０〜７５アンペア）において、放電電流パルス型は、強磁性シャフト内で持続する磁場を作り出すのに必要とされる磁場しきい値を超えるほどには強力でない。パルス電流振幅が増加すると、二重の円形磁場構造がシャフト表面下に形成され始める。パルス電流振幅を増加すると、第２のセンサシステムの達成可能なトルクセンサ出力信号振幅も増加する。約４００Ａ〜４２５Ａで最適のＰＣＭＥセンサ設計が達成された（二つの逆方向を向いた磁場領域が、最良のセンサ性能のための、相互に最適な距離及び正しい磁束密度に達した。）。
【０２１６】
図３２に、符号化パルスの間の最適なＰＣＭＥ電流密度及び位置を持つセンサホスト（ＳＨ）の横断面を示す。
【０２１７】
パルス電流振幅が一層増加すると、トルク力に関するセンサ信号振幅の絶対値は、しばらくの間一層増加する（図３１の曲線２）が、一方で全体的なＰＣＭＥ型センサの性能は減退する（曲線１）。９００Ａのパルス電流振幅を過ぎると（１５ｍｍ径のシャフトの場合）、トルク力に関するセンサ信号振幅の絶対値も同様に降下し（曲線２）、ＰＣＭＥセンサの性能も非常に悪くなる（曲線１）。
【０２１８】
図３３に、各種の増加するパルス電流レベル毎の、センサホスト（ＳＨ）の横断面及び電気パルス電流密度を示す。
【０２１９】
電流がＳＨにおいて占める横断面が大きくなると、内部円形部分と、外部（シャフト表面近傍の）円形部分との間隔がより大きくなる。
【０２２０】
図３４に示すように、逆環状の「ピギーバック」場の設計で間隔が狭い場合（Ａ）、より良いＰＣＭＥセンサ性能が達成される。
【０２２１】
好適な二重で逆向きの環状磁場構造は、第２のセンサの信号振幅を減少させるトルク力の下で閉ループ構造を作り難くなる。
【０２２２】
図３５に示すように、放電曲線を平坦にすると、センサ出力の信号勾配も増加する。
【０２２３】
電流パルス放電時間を長くする（電流パルスを幅広くする）（Ｂ）と、センサ出力信号勾配が増加する。しかしながら、電流パルスの立ち下がりエッジを減少させるためには極めて大量の電流を必要とする。最も可能性のあるセンサ出力信号勾配を達成するためには、大きな電流振幅（最適値）と、可能な限り遅い放電時間とを組み合わせて用いることが、より実用的である。
【０２２４】
次に、第１のセンサ処理に関連する電気接続装置について説明する。
【０２２５】
ＰＣＭＥ技術（「ＰＣＭＥ」技術という用語は、本発明の代表的な実施の形態を言及するために使用されていることに留意されたい）は、第１のセンサが生産される場所でシャフトを通して非常に大量のパルス変調電流を流すことに依存する。シャフトの表面が非常に清潔で、しかも導電性が高い場合、所望のセンサ信号の一様性を達成するためにマルチポイントの銅又は金の接続で充分である。重要なことはインピーダンスがシャフト表面への各々の接続ポイントで同一であるということである。尚、これは、ケーブル長（Ｌ）が同一であることを確実にした後に、ケーブルが主要な電流接続ポイント（Ｉ）に接続することによって、最良に達成出来る。
【０２２６】
図３６に、シャフト表面への単純な電気的マルチポイント接続を示す。
【０２２７】
但し、多くの場合、信頼性があって再現性のあるマルチポイント電気接続は、各々の接続ポイントでインピーダンスが同一で、一定であることを確実にすることによってのみ達成できる。押圧されたバネを用いて、先鋭なコネクタが、シャフトの表面で酸化層又は絶縁層等（多分、指紋によって作られた）を突き通す。
【０２２８】
図３７に、バネ仕掛けの接触点を持つマルチチャネルの電気接続具を図示する。
【０２２９】
シャフトを処理する時、電流を可能な限り均一にシャフトに注入し、そしてシャフトから抽出すことが最も重要である。上の図は、シャフトの周りに取り付け具によって固定された、相互に絶縁された複数のコネクタを示す。この工具はシャフト処理保持クランプ（又は、ＳＰＨＣ）と呼ばれる。ＳＰＨＣに必要とされる電気コネクタの数は、シャフトの外径に依存する。外径が大きいほど多くのコネクタが必要である。導電体同士の間隔は、一つの接続ポイントから次の接続ポイントまで同一でなければならない。この方法は対称「スポット」接触と呼ばれる。
【０２３０】
図３８に、電気接続ポイントの数を増やすことによって、パルス変調電流の出入りの効果を支援することが図示されている。それは、要求される制御システムの複雑さを増すことにもなる。
【０２３１】
図３９に、容易なシャフト取り付けのためにＳＰＨＣの開き方について一つの例を示す。
【０２３２】
次に、第１のセンサ処理に関する符号化スキームについて記述する。
【０２３３】
主要シャフトの符号化は、回転シャフトに適用する永久磁石を使用するか、又はシャフトの所望の部位を貫通して流れる電流を使用して行う。永久磁石を使用する場合、シャフト内に、互いの上となる２層の閉ループ磁場を生成するために非常に複雑で連続する工程が必要となる。ＰＣＭＥ手順を使用する時は、所望の性能を達成するため、電流のシャフトへの流入及び流出を可能な限り対称に行う必要がある。
【０２３４】
図４０に示すように、二つのＳＰＨＣ（Ｓｈａｆｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  Ｃｌａｍｐｓ：シャフト処理保持クランプ）を、予定したセンシング符号化領域の境界に配置する。一つのＳＰＨＣを通してパルス電流（Ｉ）がシャフトに流入し、一方で第二のＳＰＨＣにおいてパルス電流（Ｉ）がシャフトから流出する。二つのＳＰＨＣ間の領域がそのとき第１のセンサとなる。
【０２３５】
この個別のセンサ工程は、単一磁場（ＳＦ）符号化領域を作る。この設計の一つの利点（以下に記述されるものに比較して）は、この設計が第２のセンサ装置の場所に対する軸方向のシャフトの如何なる運動について敏感でないことである。この設計の不利な点は、軸方向（即ち直線上）に配置したＭＦＳコイルを使用すると、漂遊磁場（地磁場など）に対して敏感になることである。
【０２３６】
図４１に示すように、二重磁場（ＤＦ）符号化領域（並んで反対の極性を有する、二つの独立して機能するセンサ領域を意味する）によって、軸方向（即ち直線上）に配置したＭＦＳコイルを使用する場合に、一様な漂遊磁界の効果が消去できる。しかしながら、この第１のセンサ設計はまた、軸方向における（ＭＦＳコイルの場所に対する）シャフトの運動の許容範囲を狭くする。ＰＣＭＥ技術で二重磁場（ＤＦ）符号化領域を製造するには二つの方法がある。それらは、磁気符号化部位を次から次へと製造していく連続工程と、二つの磁気符号化部位が同時に製造する並行工程である。
【０２３７】
連続的な二重磁場設計の第１の処理ステップは、一つのセンサ部分を磁気的に符号化するステップであり（単一磁場手順と同一）、これによって二つのＳＰＨＣの間隔を、第１のセンサ領域の所望とする最終的な長さの半分とする。この処理の説明を単純にするため、最終的な第１のセンサ領域の中央に配置するＳＰＨＣを中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）と呼び、そして中央ＳＰＨＣの左側に配置するＳＰＨＣをＬ−ＳＰＨＣと呼ぶ。
【０２３８】
図４２に示すように、連続的な二重磁場符号化の第２の処理ステップは、第１のセンサ領域の中央に配置するＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣと呼ぶ）と、中央ＳＰＨＣの他の側（右側）に配置する第２のＳＰＨＣ（Ｒ−ＳＰＨＣと呼ぶ）とを使用する。重要なことは、中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）における電流方向が両方の処理ステップで同一であることである。
【０２３９】
図４３に示すように、最終的な第１のセンサ領域の性能は、二つの符号化領域を相互にどれだけ近接して配置できるかに依存する。そしてこれは、使用する中央ＳＰＨＣの設計に依存する。Ｃ−ＳＰＨＣの直線的な空間の接触寸法が狭いほど、二重磁場ＰＣＭＥセンサの性能は向上する。
【０２４０】
図４４に、本発明の他の代表的な実施の形態によるパルスの印加を示す。上の図から分るように、パルスは、シャフトの３箇所に印加する。電流Ｉは中央電極に入ると、中央電極の両側へ電流が分布するために、側方の電極からシャフトを離れる電流は、中央電極に入る電流の半分、即ち、１／２となる。電極はリングとして描かれ、その寸法はシャフトの外表面の大きさに合わせている。しかしながら、本明細書で後述する、複数のピン電極を含む電極等、他の電極も使用してもよいことに留意されたい。
【０２４１】
図４５に、シャフトにトルク又は直線運動応力を加えていない時の二重磁場ＰＣＭＥセンサ設計における二つのセンサ部分の磁束方向を示す。互いに反対方向に走る磁束ループ同士は相互に作用しない。
【０２４２】
図４６に示すように、トルク力又は線形応力を一つの個別の方向に加えると、磁束ループは、シャフト内部において、傾斜角度を増加し始める。傾斜した磁束がＰＣＭＥ部位の境界に達すると、図示のように磁束線は逆流方向の磁束線と相互作用する。
【０２４３】
図４７に示すように、加えられたトルクの方向が（例えば、時計回り方向から反時計回り方向へと）変化している時、ＰＣＭ符号化シャフト内部における反対方向に流れる磁束構造の傾斜角度も変化する。
【０２４４】
次に、シャフト処理のためのマルチチャネル電流駆動部について説明する。
【０２４５】
シャフト表面への電流路インピーダンスを完全に同一にすることを保証できない場合、電流制御駆動ステージを用いてこの問題を克服する。
【０２４６】
図４８に、小直径センサホスト（ＳＨ）用の６チャネル同期パルス電流駆動システムを示す。シャフト径が大きくなると、電流駆動チャネルの数が増える。
【０２４７】
次に、真鍮リング（Ｂｒａｓ−ｒｉｎｇ）接触と対称「スポット」接触について説明する。
【０２４８】
シャフト径が比較的に小さく、所望のセンシング領域においてシャフト表面が清潔で、そしていかなる酸化もない場合、第１のセンサの処理に簡単な「真鍮」リング（又は銅リング）接触法を選択できる。
【０２４９】
図４９に示すように、シャフト表面に密接に装着した真鍮リング（又は銅リング）に電線を半田接続して使用してもよい。二つの真鍮リング（銅リング）の間の領域が符号化領域である。
【０２５０】
しかしながら、達成可能なＲＳＵ性能が対称「スポット」接触法を使用する場合よりも、はるかに低くなってしまう可能性が極めて高い。
【０２５１】
次に、ホットスポッティングの概念について説明する。
【０２５２】
標準の単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサは、ホットスポッティング性能が極めて低い。ＳＦＰＣＭＥセンサ部位の外部磁束プロファイル（トルクが加えられたとき）は、近傍の環境における様々な変化（強磁性材料に対する）に非常に敏感である。ＳＦ符号化センサ部位の磁気境界はあまり明確でないため（「ピン止め（ｐｉｎｎｅｄ  ｄｏｗｎ）」されてない）、それらは強磁性材料をＰＣＭＥセンシング領域の近傍に配置した方向に向かって「拡がる（ｅｘｔｅｎｄ）」ことができる。
【０２５３】
図５０に示すように、ＰＣＭＥ処理で磁化されたセンシング領域は、センシング領域の境界に接近する強磁性材料に非常に敏感である。
【０２５４】
ホットスポッティングセンサ感度を減少するため、ＰＣＭＥセンサ部分の境界は、それらをピン止めする（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｄｏｗｎ）ことによって、（それらはもう移動できないように）明確に画定する必要がある。
【０２５５】
図５１に、センシング領域の各々の側に二つのピン止め磁場領域を有するＰＣＭＥ処理したセンシング領域を示す。
【０２５６】
ピン止め領域をセンシング領域の両側の近くに設けることによって、センシング領域の境界を極めて特定の場所にピン止めしている。強磁性材料がセンシング領域に近づいてくると、ピン止め領域の外部境界に影響を与えることがあるが、センシング領域の境界における影響は非常に限定的である。
【０２５７】
本発明の代表的な実施の形態によると、単一磁場（ＳＦ）センシング領域と、センシング領域の各々の側に二つのピン止め領域を得ためのＳＨ（センサホスト）の処理として、様々な方法がある。各領域を一つずつ処理するか（連続工程）、あるいは二つ又は３つの領域を同時に処理する（並行工程）。並行工程では、より一様なセンサを供給する（寄生磁場を低減）が、目標のセンサ信号勾配に達するためには極めて高いレベルの電流を必要とする。
【０２５８】
図５２に、ホットスポッティングを減少させる（又はさらに除去する）ために、主要センシング領域の各々の側にピン止め領域を有する単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサの並行工程の一例を示す。
【０２５９】
二重磁場ＰＣＭＥセンサは、センサの中央領域が既にピン止めされているのでホットスポッティングの効果に対してあまり敏感でない。しかしながら、残留するホットスポッティング感度は、二重センサ領域の両側にピン止め領域を設けることによって一層減少できる。
【０２６０】
図５３に、両側にピン止め領域を有する二重磁場（ＤＦ）ＰＣＭＥセンサを示す。
【０２６１】
ピン止め領域が許容されない、又は可能でない時（例えば、限られた軸方向の間隔のみが利用可能な場合）、センシング領域を外部の強磁性材料の影響から磁気的に遮蔽する必要がある。
【０２６２】
次に、回転信号一様性（ＲＳＵ）について説明する。
【０２６３】
現段階の理解によると、ＲＳＵセンサ性能は主に、電流が如何に周縁部で一様にＳＨ表面に流入し、流出するか、及び電流の流入点と流出点の間の物理的な間隔に依存する。電流の流入点と流出点との間隔が大きいほど、ＲＳＵ性能は良い。
【０２６４】
図５４に示すように、周縁部に設けられた個々の電流の流入点の間の間隔がシャフト径に対して比較的に大きい（そして、周縁部に設けられた電流の流出点の間の間隔が同様に大きい）場合、ＲＳＵ性能が非常に劣化することになる。そのような場合に、ＰＣＭ符号化部分の長さは可能な限り大きくする必要がある。そうしなければ、生じる磁場が周縁上で一様でなくなるからである。
【０２６５】
図５５に示すように、ＰＣＭ符号化部分を広くすることによって、周縁上での磁場分布は、電流の流入点と電流の流出点との間の半分の距離のところで、一層一様になる（場合によってはほぼ完全に一様になる）。したがって、ＰＣＭＥセンサのＲＳＵ性能は、電流入口点と電流出口点の間の中間地点で最良である。
【０２６６】
次に、ＮＣＴセンサシステムの基本設計の問題について説明する。
【０２６７】
ＰＣＭ符号化技術の具体的な詳細に立ち入らないため、このセンシング技術のエンドユーザは、このセンシング概念を個別の用途で応用して利用できるように、いつかの設計上の詳細を知る必要がある。次に続くページでは、磁気歪に基づくＮＣＴセンサの基本要素（第１のセンサ、第２のセンサ、及びＳＣＳＰ電子機器等）と、個々の構成部品がどのようなものであるか、この技術を既存の製品に組み込む時にどのような選択を行う必要があるかについて説明する。
【０２６８】
原則として、ＰＣＭＥセンシング技術は、スタンドアローンセンサ製品を製造するために使用できる。しかしながら、既存の産業上の用途において「スタンドアローン」製品のために利用可能なスペースは殆どないか皆無である。ＰＣＭＥ技術は、既存の製品に応用でき、最終の製品の再設計は不要である。
【０２６９】
スタンドアローンのトルクセンシング装置又は位置センシング装置をモータ伝動システムに応用する場合、システム全体に、大幅な設計変更が必要となる。
【０２７０】
次に、図５６に、エンジンのシャフトにおけるＰＣＭＥセンサの可能な場所を図示する。
【０２７１】
図５６に、本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサを可能な配置場所、例えば、自動車のギアボックスの内部を示す。図５６の上の図に、本発明の一つの代表的な実施の形態のＰＣＭＥトルクセンサの配置を示す。図５６の下の図に、本発明の代表的な実施の形態のようにギアボックスの入力シャフトと一体としていないスタンドアローンセンシング装置の配置を示す。
【０２７２】
図５６上部から分るように、本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサは、ギアボックスの入力シャフトと一体としてもよい。換言すると、第１のセンサは入力シャフトの一部であってもよい。すなわち、入力シャフトは、第１のセンサ又はセンサ素子自体となるように磁気的に符号化されてもよい。第２のセンサ、即ちコイルは、例えば、入力シャフトの符号化領域に近いベアリング部に収容してもよい。これにより、動力源とギアボックスとの間にトルクセンサを配置する場合に、入力シャフトを邪魔することがなくなり、図５６の下の図に示すように、モータにつながるシャフトとギアボックスにつながる別のシャフトとの間に、独立したトルクセンサを配置する必要もなくなる。
【０２７３】
符号化領域を入力シャフトと一体とすることで、例えば、自動車の場合、その入力シャフトに如何なる変更をも施すことなく、トルクセンサを設けることができる。このことは、例えば、航空機の部品では非常に重要である。各部品が航空機での使用を許可される前に、多数の検査を受ける必要があるからである。本発明に係わるトルクセンサは多分、中間シャフトが変更されないため、航空機やタービン内のシャフトに実施される多数の検査なしで済ませることすら可能である。また、重大な影響がシャフトの材料に及ぶことはない。
【０２７４】
更には、図５６から分るように、本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサによって、ギアボックスと動力源との間の距離を低減させることができる。これは、動力源からのシャフトとギアボックスへの入力シャフトとの間に別個のスタンドアローンのトルクセンサを設けていることから明らかである。
【０２７５】
次に、センサの構成部品について説明する。
【０２７６】
図５７に示すように、非接触磁気歪センサ（ＮＣＴセンサ）は、本発明の一つの代表的な実施の形態によると、３つの主要な機能要素、つまり、第１のセンサ、第２のセンサ、並びに信号調整及び信号処理（ＳＣＳＰ）電子機器から構成される。
【０２７７】
用途の種類（量及び品質の要求、目標製造コスト、製造工程の流れ）に応じて、顧客は、独自の管理でセンサシステムを製造するための個々の構成部品を選択して購入する、又は個々のモジュールの生産を下請けに外注することができる。
【０２７８】
図５８は、非接触式トルクセンシング装置の構成部品の概略図である。但し、これらの構成部品はまた、非接触式の位置センシング装置にも使用できる。
【０２７９】
年間の生産目標が数千ユニットである場合に、「第１のセンサの磁気符号化処理」を顧客の製造工程に統合することは、より効率的である。そのような場合に、顧客は、特定用途別の「磁気符号化装置」を購入する必要がある。
【０２８０】
量産の用途では、製造工程のコストと統合が重要であって、典型的には、ＮＣＴＥは、非接触センサの作成に必要な個々の基本構成部品と装置のみを供給する。
・ＩＣ（表面実装パッケージ、特定用途別電子回路）
・ＭＦＳコイル（第２のセンサの部品として）
【０２８１】
・センサホストの符号化装置（シャフト（＝第１のセンサ）に磁気符号化を行うため）。
【０２８２】
必要とする量に応じて、ＭＦＳコイルは、フレーム上に既に組み立てて提供することが可能で、必要であれば、ワイヤハーネスにコネクタで電気的に接続して提供できる。同様に、ＳＣＳＰ（信号調整及び信号処理）電子機器も、プリント回路基板に組み込んだＭＦＳコイルを有するか、あるいは有さないプリント回路基板構成で充分な機能をもって提供できる。
【０２８３】
図５９に、センシング装置の構成部品を示す。
【０２８４】
図６０から明らかなように、必要とするＭＦＳコイルの数は、物理的なセンサ設計で期待されるセンサ性能と機械的な許容誤差に依存する。完全なセンサホスト（ＳＨ又は磁気的に符号化されたシャフト）を有し、望ましくない寄生磁場からの干渉を最小とした、適切に設計したセンサシステムでは、二つのＭＦＳコイルのみが必須である。しかしながら、ＳＨが、第２のセンサの位置に対して径方向又は軸方向に１ミリメートルの数分の一よりも大きく動く場合、所望のセンサ性能を達成するためには、ＭＦＳコイルの数を増やす必要がある。
【０２８５】
次に、制御及び／又は評価の回路構成について説明する。
【０２８６】
本発明の一つの代表的な実施の形態によると、ＳＣＳＰ電子機器は、ＮＣＴＥ専用ＩＣ、複数の外部の受動及び能動的電子回路、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及びＳＣＳＰハウジング又はケースから構成される。尚、ＳＣＳＰユニットを使用する環境によっては、ケースは適切に密封する必要がある。
【０２８７】
特定用途別の要件に応じて、ＮＣＴＥ（本発明の一つの代表的な実施の形態によると）は、多数の異なる特定用途別回路を提供する。
【０２８８】
・基本回路。
【０２８９】
・電圧調節器を統合した基本回路。
【０２９０】
・高信号帯域幅回路。
【０２９１】
・オプションの高電圧及びショート保護装置。
【０２９２】
・オプションの故障検出回路。
【０２９３】
図６１に、単一チャネル、低コストのセンサ電子機器の解決法を示す。
【０２９４】
図６１から分るように、例えば、コイルを含む第２のセンサ部を提供してもよい。これらのコイルは、例えば図６０に示すように配置され、第１のセンサ部、即ちセンサシャフト又はセンサ素子から、トルクがそれに加えられるときに発生する磁場の変化を検出する。第２のセンサ部はＳＣＳＴ内の基本ＩＣに接続する。基本ＩＣは、電圧調節器を介して正電源電圧に接続する。基本ＩＣはまた接地される。基本ＩＣは、ＳＣＳＴの外部にアナログ出力を供給するようになっており、その出力はセンサ素子に加えられる応力によって引き起こされる磁場の変動に対応する。
【０２９５】
図６２に、故障検出部を内蔵した、２チャネル、ショート保護したシステム設計を示す。本設計は５個のＡＳＩＣ装置からなり、高度のシステム安全性を提供する。故障検出ＩＣは、センサシステムのどこかでワイヤの断線が起きた場合に、ＭＦＳコイルの故障、又は「基本ＩＣ」の電子駆動ステージの故障を識別する。
【０２９６】
次に、第２のセンサ部について説明する。
【０２９７】
図６３に示す一つの実施形態によると、第２のセンサは、１〜８個のＭＦＳ（磁場センサ）コイル、位置決め及び接続用プレート、コネクタを有するワイヤハーネス、及び第２のセンサハウジングから構成される。
【０２９８】
ＭＦＳコイルは、位置決めプレートに取り付けてもよい。位置決めプレートは、通常、各ＭＦＳコイルの二つの接続ワイヤを適切な方法で、はんだ付け／接続することができる。そして、ワイヤハーネスは位置決めプレートに接続する。該プレートは、ＭＦＳコイルとワイヤハーネスとともに完全に組み立てた後、第２のセンサのハウジングに組み込まれるか又は第２のセンサのハウジングによって保持される。
【０２９９】
ＭＦＳコイルの主要な要素は芯線であり、アモルファス（非晶質）等の材料で形成する必要がある。
【０３００】
第２のセンサ部を使用する場所の環境に応じて、組み立てた位置決めプレートを保護材料で覆う必要がある。この材料は、周囲温度が変化するとＭＦＳコイルに機械的な応力又は圧力を与え得るものではない。
【０３０１】
動作温度が＋１１０℃を超えない場所での用途では、顧客は第２のセンサ部（ＳＳＵ）の内部にＳＣＳＰ電子機器（ＡＳＩＣ）を配置するオプションを有する。ＡＳＩＣ装置が＋１２５℃より高い温度で動作可能な場合、温度に関連する信号オフセット及び信号ゲインの変化を補償することが次第に困難になる。
【０３０２】
ＭＦＳコイルとＳＣＳＰ電子機器との間の推奨される最大ケーブル長は２メートルである。適切な接続ケーブルを使用する場合、１０メートルまでの距離は実現可能である。マルチチャネル（同一の第１のセンサの場所で動作している二つの独立したＳＳＵ＝冗長センサ機能）を用いた場合、信号のクロストークを避けるためには、ＳＳＵとＳＣＳＰ電子機器との間で特別に遮蔽したケーブルを検討すべきである。
【０３０３】
第２のセンサ部（ＳＳＵ）の製造を計画する場合、製造者は、下請けから購入するＳＳＵの一以上の部品と、自社で行う製造ステップを決定する必要がある。
【０３０４】
次に、第２のセンサ部の製造オプションについて説明する。
【０３０５】
ＮＣＴセンサを、特注のツール又は標準的な伝動システムと一体とする場合に、システムの製造者は、次の項目から選択する、複数オプションを持つ。
・特注のＳＳＵ（ワイヤハーネス及びコネクタを含む）
【０３０６】
・選択したモジュール又は構成部品；最終的なＳＳＵ組み立て及びシステム試験は顧客の管理下で行ってもよい。
【０３０７】
・重要な構成部品のみ（ＭＦＳコイル又はＭＦＳ芯線、特定用途別ＩＣ）、そしてＳＳＵを自社で生産する。
【０３０８】
図６４に、一つの代表的な実施の形態の第２のセンサ部組み立てを示す。
【０３０９】
次に、第１のセンサ設計について説明する。
【０３１０】
ＳＳＵ（第２のセンサ部）は、磁気的に符号化されたＳＨ（センサホスト）の外側に配置することができ、また、ＳＨが中空である場合にはＳＨの内側に配置することもできる。ＳＳＵが中空シャフトの内側に配置した場合、達成可能なセンサ信号振幅は同等の強度であるが、信号対ノイズ性能は遙かに良い。
【０３１１】
図６５に、第１のセンサ及び第２のセンサの幾何学的な配置について二つの形態を示す。
【０３１２】
磁気的符号化処理を、ＳＨ（シャフト）の真っ直ぐで平行な部位に適用してセンサ性能を改善してもよい。１５ｍｍ〜２５ｍｍの径を有するシャフトでは、磁気符号化領域の最適の最短長は２５ｍｍである。センサ性能は、その領域を４５ｍｍの長さで作成できる場合（ガード領域を加えて）、一層向上する。複雑で高度に統合した伝動（ギアボックス）システムでは、そのような間隔を見い出すことは困難である。さらに理想的な状況では、磁気符号化領域を１４ｍｍに短くすることができるが、これでは、所望のセンサ性能の全てを達成できなくなるリスクがある。
【０３１３】
図６６に示すように、ＳＳＵ（第２のセンサ部）とセンサホスト表面との間隔については、本発明の一つの代表的な実施の形態によると、実現し得る最良の信号品質を達成するため、可能な限り小さく保つべきである。
【０３１４】
次に、第１のセンサ符号化装置について説明する。
【０３１５】
図６７に、その一例を示す。
【０３１６】
センサホスト（ＳＨ）は、選択する磁気歪みセンシング技術に応じて、加工及び処理する必要がある。技術は、それぞれ非常に多様であり（ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓ等）、必要とする処理装置もまた同様である。利用可能な磁気歪みセンシング技術のいくつかは、ＳＨに如何なる物理的変化も必要とせず、磁気的な処理のみに依存する（ＭＤＩ、ＦＡＳＴ、ＮＣＴＥ）。
【０３１７】
ＭＤＩ技術は２段階工程であるが、ＦＡＳＴ技術は３段階工程である。ＮＣＴＥ技術は１段階工程であって、ＰＣＭ符号化と呼ばれる。
【０３１８】
磁気処理の後、センサホスト（ＳＨ又はシャフト）は「精密測定」装置となり、相応の取り扱いを必要とすることに注意を要する。磁気的な処理はまさに最終のステップとすべきであり、その後、処理したＳＨはその最終的な場所に注意深く置かれる。
【０３１９】
磁気的な処理は、次のような状況下において、顧客の製造処理（自社での磁気処理）の不可欠な部分であるべきものとされる。
【０３２０】
・高生産量（例えば、何千単位）。
・重いＳＨ又は取り扱いが困難なＳＨ（例えば、高い輸送コスト）
・非常に特別な品質及び検査要求（例えば、国防用途）
【０３２１】
他の場合は全て、ＮＣＴＥ等の資格を持った公認の下請業者によって磁気的に処理されたＳＨを得ることはコスト効率が更に良いと考えられる。「自社」で磁気処理を行う場合、専用の製造装置が必要となる。このような装置は、完全に手動、又は半自動、あるいは完全に自動化して運転することができる。複雑さ及び自動化のレベルに応じて、装置のコストはＥＵＲ２０ｋからＥＵＲ５００ｋを上回る範囲となる。
【０３２２】
本明細書に開示する非接触トルク工学技術は、例えば、モータスポーツのフィールドで、非接触トルクセンサとして応用してもよい。
【０３２３】
また、いわゆるＰＣＭＥセンシング技術を、例えば、絶対トルク（及び／又はその他の物理的パラメータ、例えば、位置、速度、加速度、曲げる力、剪断力、角度等）を、例えば、１０ｋＨｚの信号帯域幅と、例えば、０．０１％以下の再現性をもって測定するために、既存の入力／出力シャフトに適用してもよい。システムの電流消費の合計は８ｍＡを下回ってもよい。
【０３２４】
図６８に、以上説明した代表的な実施の技術の形態の特徴及び性能を示す。
【０３２５】
いわゆる第１のセンサシステムは、水、ギアボックスのオイルに対して耐性を有し、非腐食性／非強磁性材料であってもよい。本技術は、例えば、モータ（スポーツ）の用途で使用される、中実又は中空の強磁性体シャフトに適用可能である（５０ＮｉＣｒｌ３、Ｘ４ＣｒＮｉｌ３−４、１４ＮｉＣｒｌ３、Ｓ１５５、ＦＶ５２０ｂ等）。
【０３２６】
入力／出力シャフト（いわゆる第１のセンサ）に機械的な変更は不要であり、シャフトに何かを取り付ける、又は接着する必要もない。上述の技術を適用しても入力／出力シャフトは、その機械的な特性を全て保つことができる。
【０３２７】
代表的なモータスポーツプログラムでは、トルクセンシング技術を新しい用途に適用するためには略２０就業日で十分である。既に開発したシステムのターンアラウンド供給時間は、通常、３日を下回る（加工済みの第１のセンサの再発注）。
【０３２８】
以下、本発明の代表的な実施の形態のトルクセンサの三つの主要なモジュールについて説明する。
【０３２９】
センシングシステムは、三つの主要な構成ブロック（又はモジュール）、即ち、第１のセンサ、第２のセンサ、信号調整及び信号処理用電子機器を含んでもよい。
【０３３０】
第１のセンサは磁気符号化領域であり、パワー伝動シャフトに設けてもよい。符号化処理は、（パワー伝動シャフトの最終組立ての前）「１」回のみ実行して、永続するようにしてもよい。パワー伝動シャフトは、センサホストと呼んでもよく、強磁性体材料から製造してもよい。一般的に、２％〜６％のニッケルを含む工業用鋼は、センサシステムの優良で代表的な基礎原料である。第１のセンサは、センサホストにかかる物理的応力の変化を、磁気符号化領域の表面で検出可能な磁気特性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）の変化に変換してもよい。センサホストは、忠実でもよいし、中空でもよい。
【０３３１】
図６９に、かかる第１のセンサの例を示す。
【０３３２】
図６９にも示すいわゆる第２のセンサは、複数（１以上）の磁場センサ装置を含んでもよい。磁場センサ装置は、センサホストの磁気符号化領域の最も近傍に配置してもよい。しかしながら、磁場センサ装置は、センサホストがあらゆる方向に回転自在となるように、センサホストと接触する必要はない。第２のセンサは、（第１のセンサによって生じる）磁場の変化を電気的な情報又は信号に変換してもよい。かかるシステムは、過酷な環境でも使用することができ、広い温度領域で動作する、正の磁場センサ装置（例えば、コイル）を用いてもよい。
【０３３３】
図６９及び図７０に示す信号調整及び信号処理用電子機器は、磁場センサコイルを駆動し、ユーザに標準フォーマットの信号出力を提供してもよい。信号調整及び信号処理用電子機器は、ツイストペアケーブル（２線のみ）を介して磁場センサコイルと接続してもよく、２メートル以上まで磁場センサコイルから離間して配置することができる。このようなセンサアレイの信号調整及び信号処理用電子機器は、特注設計で、通常の電流消費が５ｍＡであってもよい。
【０３３４】
次に、第１のセンサ設計、即ち、磁気符号化領域の設計について説明する。
【０３３５】
磁気符号化処理は、比較的柔軟であり、径が２ｍｍ以下から２００ｍｍ以上までのシャフトに適用可能である。センサホストは、信号が中空のシャフトの外側と内側に均等に検出できるように、中空でもよく、又は中実でもよい。
【０３３６】
センサホストが回転可能なセンサシステムでは、特に選択した場所が一様な（円形）の形状で、径の変化が数ミリもない場合、符号化領域は、センサに沿った如何なる領域に設けてもよい。符号化領域の実際の長さは、センサホストの径、環境、期待するシステム性能に依存する。多くの場合、符号化領域が長い場合、符号化領域が短い場合と比較してよい結果（信号対ノイズ比の改善）が得られる。
【０３３７】
図７１と図７２に、長さの異なる磁気符号化領域の例を挙げる。
【０３３８】
例えば、径が１０ｍｍを下回るセンサホストでは、磁気符号化領域は２５ｍｍ以下でよく、１０ｍｍ以下でも可能である。径が３０ｍｍのシャフトでは、磁気符号化領域は６０ｍｍの長さも可能である。
【０３３９】
図７３に示すように、符号化領域は、符号化領域又は符号化領域近傍に配置した他の強磁性物体から数ミリメートルの間隔（ガード間隔）を有してもよい。シャフト径の形状が符号化領域の両側で変化する場合も同様のことが適用される。
【０３４０】
第１のセンサ材料の代表的な仕様を図７４に示す。
【０３４１】
次に、代表的な実施の形態の第２のセンサ部、特に磁場センサコイルの寸法について説明する。
【０３４２】
図７５及び図７６に第２のセンサ部を示す。
【０３４３】
極めて小さい誘導子（磁場センサとも言う）を用いて、第１のセンサからの磁気情報を検出してもよい。これらのコイルの寸法と仕様は、個別のセンシング技術及び目的とする用途に合わせてもよい。
【０３４４】
様々なサイズの磁場センサ（例えば、本体長６ｍｍ又は４ｍｍ）を用いて、用途を異なる温度領域（標準温度領域１２５°迄、高温領域Ｃ２１０°Ｃ迄）で区別してもよい。
【０３４５】
代表的な寸法を図７７の表に列記する。
【０３４６】
４ｍｍ及び６ｍｍのコイルでは、一方は少し長く、他方は僅かに径が大きいが、電気的性能は、極めて類似している。コイルを形成するためのワイヤは比較的薄いため（例えば、径が絶縁部も含めて０．０８０ｍｍ）、場合によっては壊れやすい。
【０３４７】
軸方向に配置した二つの磁場センサコイルを適当な用途（例えば、地磁気の浮遊磁場の効果を補償する等）では、特別に粉砕したＰＣＢ（プリント回路基板）の内側に配置することができる。この種の組み立て（図７８に、嵌め込む前の二つの磁場センサコイルを示す）は、磁場センサコイルを正しく位置決めして、相応の機械的な保護を確実にすることができる。
【０３４８】
必要とする磁場センサコイルの数と、（符号化領域に対した）配置する場所は、用途において利用可能な物理的間隔と、検出すべき、及び／又は不要とすべき物理的パラメータに依存する。従来のセンサ設計では、コイルを組で使用して（図７８参照）示差測定を行い、干渉する浮遊磁場の効果を補償できるようになっている。
【０３４９】
次に、第２のセンサ設計、磁場センサ構成についてより詳細に説明する。
【０３５０】
センサ環境と目的とするシステム性能に応じて、センサシステムは、単一の磁場センサコイルで、又は９以上の磁場センサコイルで構築することができる。
【０３５１】
単一の磁場センサコイルを使用する場合、浮遊磁場の存在しない定点測定システムが適当である。９個の磁場センサコイルは、高いセンサ性能が要求され、及び／又はセンサ環境が複雑（例えば、干渉する浮遊磁場が存在する、及び／又は干渉する強磁性体要素がセンサシステムの近傍を移動している）に相応しい選択肢である。
【０３５２】
代表的な磁場センサ構成を図７９に示す。
【０３５３】
磁場センサコイルを磁気符号化領域の近傍に配置することができる、具体的には３つの軸の方向、即ち、軸（即ち、センサホストに対して平行）、径（即ち、センサホスト表面から突出して離れていく）、接線がある。磁場センサコイルの軸方向と、符号化領域に対する正確な場所は、検出（測定）する物理パラメータと抑圧（相殺）するパラメータを規定する。
【０３５４】
軸方向の限定された間隔が磁場センサコイルを符号化領域又は符号化領域の近傍に配置するために利用可能な状況（図７９、Ａ参照）では、磁場センサコイルを径方向に、僅かに中心をずらして符号化領域に配置することができる（図７９のＢ参照）。
【０３５５】
図８０から分かるように、軸方向の限定された間隔が利用可能な場合、単一の磁場センサコイルを「ピギーバッグ」磁場センサコイルとともに用いて、平行して干渉する浮遊磁場（地磁場等）の影響を除去することができる。
【０３５６】
従来のセンサ設計では、第２のセンサ部（同一の方向を向く二つの磁場センサコイル）は、センサホストに軸方向（平行）に、磁気符号化領域の中心に対して対称に配置することがあった。
【０３５７】
図８１に示すように、調整可能な寸法は、二つの磁場センサコイルの間の間隔（ＳＳＵ１）と、センサホスト表面と磁場センサコイル表面の間の間隔（ＳＳＵ２）である。ＳＳＵ２を変更すると、センサシステムの信号出力は、距離の二乗で変化する（センサホスト表面の間の間隔が増加すると出力信号の急激に小さくなることを意味する）。ＳＳＵ２を、ほぼ０ｍｍとなるように小さくでき、６ｍｍ以上と大きくすることもできるが、出力信号の信号対ノイズ比は小さい方がよい。
【０３５８】
二つの軸方向に配置した磁場センサコイルの間の間隔は、磁気符号化領域設計の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。従来のセンサ設計では、ＳＳＵ１は、１４ｍｍでよい。この間隔は数ミリメートル短縮することができる。
【０３５９】
図８２に、ギアボックスの用途で使用する代表的な磁場コイルホルダを示す。第２の磁場センサコイルの組は、シャフトが外へ出るように（動作時にシャフトの径方向の運動）センサの機能を向上することができる。
【０３６０】
図８３に、磁化可能なシャフト８３００を示す。プログラミングワイヤ８３０１をシャフトの近傍に設けている。
【０３６１】
しかしながら、プログラミングワイヤ８３０１とシャフト８３００の間には直接の接触はない。電流をプログラミングワイヤ８３０１に流すと、磁場分布８３０２が磁化可能なシャフト８３００の内部に形成される。電流は、直流電流又は交流電流（例えば、速い立ち上がりエッジと遅い立ち下がりエッジを有するパルス）が可能である。
【０３６２】
図８４に、磁化可能なシャフト８３００と、シャフト８３００の一部に沿って形成される磁気符号化領域８４０１を有するセンサ装置８４００を示す。
【０３６３】
更に、複数の磁場検出器８４０２が設けられている。図８４に示すように、矢印８４０３の方向に、シャフト８３００は往復運動する。
【０３６４】
磁場検出器８４０２は、３つの独立した磁場検出器コイル８４０２のグループを形成するようにグループ分けされている。各グループはそれぞれ、評価ユニット８４０４の一つと接続している。シャフト８３００が往復運動すると、磁気符号化領域８４０１は、磁気符号化領域８４０１の近傍に位置する対応する磁場検出コイル８４０２の一つに磁場検出信号を生成する。この信号を評価ユニット８４０４は評価して、出力信号として出力してもよい。
【０３６５】
図８５に、全てのコイル８４０２に共通の評価ユニット８４０４を設けた構成、すなわち、センサ装置８５００を示す。図８５の実施の形態は構成が非常に簡単である。
【０３６６】
図８６に、磁場検出器８４０２を収容するコイルボードを、往復するシャフト８３００の拡張部の一部のみに沿って設けた点が図８５のセンサ装置と異なる、別のセンサ装置８５００を示す。このような構成によって、コイル８４０２の量は削減している。
【０３６７】
図８７に、本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置８７００を示す。
【０３６８】
図８７から分かるように、磁場検出コイル８４０２の一つが二つの異なる評価ユニット８４０４に対して共通に配設している。中央の磁場検出コイル８４０２を、図８７に示すように、左の評価ユニット８４０４又は右の評価ユニット８４０４に選択的に割り当てる、切り替えユニット８７０１を設けている。共通のコイル８４０２を共有することによって、必要とするコイルの数を削減できるようにしている。
【０３６９】
例えば、図８４〜図８７の評価ユニット８４０４の対応する一つによってそれらの信号が評価される、二つのコイル８４０２は、浮遊磁場又は地磁場の影響などのオフセットを相殺するように機能してもよい。このため、コイル８４０２が生成する信号に共通の処理、例えば、加算又は減算を行ってもよい。
【０３７０】
図８７から分かるように、評価ユニット８４０４の出力は、出力ユニット８７０２に送出される。
【０３７１】
以下、図８８を参照して、本発明の代表的な実施の形態の磁化装置８８００について説明する。
【０３７２】
磁化装置８８００は、磁化装置８８００の周囲に位置する磁化可能なシャフト８３００を磁化するようになっている。このため、プログラミングワイヤ８８０１は、プログラミングワイヤ８８０１が磁化可能なシャフト８３００の近傍に位置し、電気的なプログラミング信号が磁化するワイヤ８８０１に印加すると、磁化可能なシャフト８３００が磁化して、磁化可能な物体８３００の拡張部に沿って異なる磁極性を有する少なくとも二つの磁気符号化領域を形成するように設けられており、そのために適当な形状を有している。このため、プログラミングワイヤ８８０１は湾曲し、電流Ｉをプログラミングワイヤ８８０１に投入すると、湾曲したプログラミングワイヤ８８０１の異なる部分で電流Ｉの流れる方向が異なるようにしてもよい。磁化可能な物体８３００の近傍部分に対する電流Ｉの磁化の影響は、磁化可能な物体８３００の拡張部に沿って異なるため、磁化可能な物体８３００の拡張部に沿って異なるように磁気的に符号化された部分を生成する。
【０３７３】
図８８から分かるように、磁化装置８８００は、プログラミングワイヤ８８０１と連結して、プログラミングワイヤ８８０１に電気プログラミング信号を供給する電源供給ユニット８８０２を含む。上述の実施の形態によると、プログラミング信号は、プログラミングワイヤ８８０１に沿った方向に電流が流れるように印加する電流パルスを含む。図８８から分かるように、プログラミングパルスは立ち上がりエッジ８８０３と立ち下がりエッジ８８０４とを有し、立ち上がりエッジ８８０３は立ち下がりエッジ８８０４より勾配が急になっている。
【０３７４】
必要な場合、極性及び／又は振幅の異なる第２の電流パルスを流してもよい。
【０３７５】
上述の実施の形態では、プログラミングワイヤ８８０１は磁化可能な物体８３００と抵抗接点を有しておらず、電気プログラミング信号を印加している間に、磁化可能な物体８３００がプログラミングワイヤ８８０１と導電性の接続をすることなく磁気されるようになっている。図８８から分かるように、プログラミングワイヤ８８０１は巻線であり、プログラミング部分は、電気プログラミング信号８８０３、８８０４を印加すると、磁化可能な物体８３００の異なる部分と隣接して位置するように蛇行形状になっている。
【０３７６】
図８９に、代表的な実施の形態の磁化装置８９００を示す。
【０３７７】
図８９に示すように、プログラミングユニットは、第１のプログラミングワイヤ８９０１と第２のプログラミングワイヤ８９０２とを含む。第１のプログラミングワイヤ８９０１と第２のプログラミングワイヤ８９０２とは、両方とも巻線、又は湾曲しており、それぞれ、電気プログラミング信号を印加する際に、磁化可能な物体８３００を部分的に取り巻くようになっている。
【０３７８】
したがって、プログラミングワイヤ８９０１、８９０２の形状は、プログラミングワイヤ８９０１、８９０２が磁化可能な物体８３００に隣接して配置し、電気プログラミング信号をプログラミングワイヤ８９０１、８９０２に印加すると、磁化可能な物体８３００が磁化されて、磁化可能な物体８３００の拡張部に沿った少なくとも二つの磁気符号化領域９０００、９００１として所定の磁気パターンを形成するようになっている。
【０３７９】
これは、図９０及び図９１から分かる。このため、図９０及び図９１に、二つの磁気符号化領域９０００、９００１をシャフト８３００の拡張部に沿った異なる極性の領域として定義する。
【０３８０】
二つのプログラミングワイヤ８９０１、８９０２によって画定される磁気パターンは周期的に反復し、図９２に示す正弦関数で表される。
【０３８１】
領域９０００、９００１によって形成される磁気パターンは、磁化可能なシャフト９０００の拡張部に沿って一定の周期性を有する。しかしながら、これらのワイヤ８９０１、８９０２のループの長さは異なることから、二つのワイヤ８９０１、８９０２によって画定される正弦曲線の波長は異なる。
【０３８２】
図８９を参照すると、第１のプログラミングワイヤ８９０１及び／又は第２のプログラミングワイヤ８９０２自体によって形成される構成を、磁場センサ装置として使用してもよい。電流信号を湾曲したワイヤ８９０１、８９０２に印加すると、空間依存、角度依存の磁場がそれぞれの環境に生成される。電流信号を第１のワイヤ８９０１及び／又は第２のワイヤ８９０２に印加している限り、１以上の検出コイル（図示されていない）によって磁場パターンを抽出して、作動したワイヤの位置及び／又は角度を検出できる。このため、第１のワイヤ８９０１及び／又は第２のワイヤ８９０２は磁気プローブとして機能してもよい。
【０３８３】
図９３に代表的な実施の形態のセンサ装置９３００を示す。
【０３８４】
センサ装置９３００は、図９１に示すシャフト８３００を含み、死角９３０１をプログラミングワイヤ８９０１、８９０２によって磁化された磁化領域と接続する境界線領域に画定する。図９３に示すシャフト８３００は、図９３の紙面に対して垂直な方向に沿って往復運動するようになっている。二つの磁場検出器９３０２は、シャフト８３００が往復運動すると、磁場検出信号を測定して、図９２に示す正弦関数を往復運動の方向に進ませる。
【０３８５】
図９４に、死角９３０１を有するが、図９４の紙面に対してほぼ垂直な方向を向いた回転軸の周りを回転するようになっているシャフト８３００を示す。
【０３８６】
したがって、検出器９３０２の一つが死角９３０１に近接した位置をとると、相応の時間期間、回転シャフト８３００の運動に関連する物理的パラメータの値を決定するために必要な信号を受け取れない場合が起こりうる。したがって、磁場検出コイル９３０２を３つ、シャフト８３００の周縁部に沿って配置し、常時、少なくとも二つの磁場検出コイル９３０２が重要な信号を受け取る、即ち、死角９３０１から十分離れた位置にあるようにしている。
【０３８７】
図９５に、代表的な実施の形態の磁化装置９５００を示す。
【０３８８】
磁化装置９５００は、それぞれが蛇行形状の磁化ワイヤとして設計された、第１の磁化ワイヤ９５０１と、第２の磁化ワイヤ９５０２とを含む。プログラミンワイヤ９５０１、９５０２の拡張部に沿って、プログラミンワイヤ９５０１、９５０２の幾何形状は両方とも、対称又は単調であるが、反復レート又はループレートが異なる。
【０３８９】
図９６に、他のシャフト８３００を示す。環状シャフト８３００の周縁の周りに、四つの磁気符号化領域９６００〜９６０３が周縁に沿って判別できる。
【０３９０】
図９７及び図９８から分かるように、四つの磁気符号化領域９６００〜９６０３をシャフト８３００の周縁の周りに設けた場合でも、シャフト８３００の周りに位置する検出コイル９３０２の一つが、死角９３０１に近接する可能性がある。これは、コイル９３０２を、往復運動型で、回転型でないシャフトの場合、適当に選択した位置に配置することによって、回避できる。しかしながら、回転型のシャフトの場合、十分な結果、例えば、力、トルク又は位置などの物理的パラメータを導き出すことができる、十分大きな量のコイル９３０２を配置すべきでる。
【０３９１】
図９９に示すように、磁化ワイヤの異なるループ９９００を円形シャフト８３００の周りに円形に配置してもよい。
【０３９２】
しかしながら、図１００に示すように、楕円形磁化ワイヤ１００００を用いることもできる。これによって、コイルの配置を考慮して、死角９３０１の問題を低減できる、図１０１の磁気符号化領域１０１００のパターンを生成してもよい。
【０３９３】
図１０１に示すように、図１００の楕円形の構成は、歪んだパターンの磁気符号化領域１０１００を生成する。これは、死角９３０１の問題の低減又は除去に役立つ。
【０３９４】
ワイヤは、この他の如何なる幾何学的な配置も可能である。
【０３９５】
図１０２に示すように、磁化可能なシャフト８３００の磁気符号化領域１０２００は、拡張部に沿った異なる振動に対して異なる周期を有する正弦曲線の振動の連続である、縦軸に沿った分布することができる。したがって、図１０２のシャフト８３００に沿った複数の位置に沿った磁場検出信号を測定することによって、図１０２の振動磁化特性の位相情報と波長情報に基づいて位置を導き出すことができる。
【０３９６】
図１０２の正弦曲線の振動に対して、図１０３に、左から右へのシャフト８３００の拡張部に沿って増加する、異なる歯の間の距離を有する、鋸歯関数１０３００と等しい磁場分布を有する磁化シャフト８３００を示す。
【０３９７】
図１０４に、ほぼ円形ループの磁化ワイヤ８８０１を、磁化可能なシャフト８３００の拡張部に沿って相互に増加する距離を持って配置した、磁化装置１０４００を示す。
【０３９８】
図１０４の構成では、第１の電源ユニット８８０２によって二つのループに電磁エネルギーを供給し、磁気ワイヤ８８０１の第２のグループのループに他のプログラミングユニット８８２０から電気エネルギーを供給する。
【０３９９】
図１０５に、「偶数の」ループが第１の電源ユニット８８０２に接続し、「奇数の」ループが第２の電源ユニット８８２０に接続するように、磁気ワイヤ８８０１の異なるループに異なる電源ユニット８８０２を割り当てる構成を示す。
【０４００】
図１０２〜図１０５に示すように、対数関数をセンサの拡張に沿って適用することもできる。
【０４０１】
図１０６は、磁化シャフト８３００の空間依存する磁化分布を模式的に表す正弦波１０６００を表している。図１０６に、相互に正弦波１０６００で略９０°の距離離間した二つの磁場検出器８４０２を示す。磁場検出器８４０２が検出する磁場信号の位相差は、波長の四分の一となる。磁場検出器８４０２が測定する信号を組み合わせると、往復運動するシャフト８３００の電流位置を導き出すことができる。正弦波１０６００は、シャフト８３００とともに往復する。
【０４０２】
図１０７に、複数の分割領域（図１０７に示していない）を含む磁気符号化領域１０７００を有するシャフト８３００を示す。磁気符号化領域１０７００には、異なる極性を有する、異なる磁化部分が包含される。更に、４つの磁場検出コイル８４０２を、磁気符号化領域１０７００及びシャフト８３００の長手方向の拡張部に沿って配置している。
【０４０３】
既に説明したように、これらの４つの磁場検出コイル８４０２は検出を行い、シャフトの絶対測定パラメータとは独立して標準化した検出値を提供することができる。
【０４０４】
図１０８は、大きい振幅１０８００を取得する第１のシナリオと、小さい振幅１０８０１を取得する第２のシナリオの二つのシナリオの空間依存性の磁場検出信号の概略図である。換言すると、図１０８の概略図は、磁気符号化領域１０７００を有する往復運動シャフト８３００の近傍に位置するコイル８４０２によって検出される信号は、シャフト８３００からのコイル８４０２の距離、磁気符号化領域１０７００の磁化の振幅、コイル８４０２の断面積などの複数のパラメータに依存することを示す。したがって、コイル８４０２によって検出される絶対値は、複数の（部分的に制御不可能な）外部パラメータに依存するため、あまり重要な結果を生じないと考えられる。
【０４０５】
図１０９は、磁気的に符号化された領域１０７００の磁化の空間分布を表す正弦波１０９００と、磁気的に符号化された領域１０７００が形成されるシャフトの往復運動時の個別の点における正弦波１０９００の拡張部に沿ったコイル８４０２の配置の概略図である。
【０４０６】
以下、図１１０を参照して、往復運動するシャフト８３００の現在の位置を算出することを可能とする重要な正規化検出信号を図１０７及び図１０９に示す配置から導き出すことができる、正規化スキームについて説明する。
【０４０７】
説明を容易にするため、図１０７及び図１０９に示す４つのコイル８４０２を、図１１０及び対応する表ではＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表す。
【０４０８】
コイル８４０２は通常、空間的に固定されており、シャフト８３００は通常、往復運動しているが、図１１０では、明確にするため、正弦波１０９００（シャフトに沿った磁化分布を示す）が固定されており、シャフト８３００の往復運動時にコイル８４０２の位置が変化するように示している。しかしながら、これは単なる座標系の定義の問題に過ぎない。
【０４０９】
第１のシナリオでは、４つのコイル８４０２はそれぞれ位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに位置し、隣接するコイル８４０２はお互いに９０°、又は正弦波振動１０９００の四分の一波長の距離離間している。このシナリオでは、第２のコイルＢは、最大の磁場値を検出し、第４のコイルＤは、最小の磁場値を検出する。このため、コイルＢ、Ｄが受ける検出信号はそれぞれ正規化されて、上位正規化値、例えば、「１」と、下位正規化値、例えば、「０」となる。残りのコイルＡ、Ｃの検出値は、コイルＢ、Ｄの検出値の間にとどまり、それぞれ０．５で、往復運動するシャフト８３００の最新の往復運動の状態を表している。
【０４１０】
往復運動するシャフト８３００が正弦波振動１０９００に対して４５°移動した状態では、４つのコイル８４０２はそれぞれ位置Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’に位置する。この動作状態では、二つのコイルＡ’、Ｂ’が、検出した磁気信号の最大値をとるため、値はそれぞれ正規化して１となる。４５°では、Ｃ’、Ｄ’はそれぞれ同じ値で、４つの検出コイル８４０２の最小値をとるので、それらの値は正規化して０となる。
【０４１１】
４５°から９０°の第３の位置に更に移動すると、コイル８４０２は、位置Ａ”、Ｂ”、Ｃ”、Ｄ”に位置する。当然のことながら、シャフト８３００のみが往復運動し、コイル８４０２は固定されているので、実際のシステムにおけるコイル８４０２の位置は変わらない。
【０４１２】
上述のシナリオでは、第１のコイルＡ”は、検出信号の中で最大値をとるので、この値は正規化して「１」となる。第３のコイルＣ”は、最小の検出値をとるので、この値は正規化して「０」となる。第２のコイルＢ”は、略０．７の検出値をとり、第４のコイルＤ”は、検出した磁場の値が略０．３となる。
【０４１３】
したがって、４つのコイルＡ〜Ｄを用いると、オフセット値、又はコイルの距離、磁化、振幅などのパラメータにもはや依存しないので意味のある、正規化検出値を導き出すことができる。
【０４１４】
図１１０から分かるように、コイルＡ〜Ｄの４つの算出値を、ルックアップテーブルに予め記憶しておいたタプルと比較してもよい。コイルＡ〜Ｄの検出値の４つのタプルを用いて、それぞれ、往復運動するシャフト８３００の電流位置を導き出すことができる。
【０４１５】
図１１１に示すように、異なる磁気符号化領域、例えば、正弦曲線の振動磁化１０９００は、シャフト８３００の長手方向の拡張部に沿って延在してもよい。往復運動するシャフト８３００の長手方向の位置検出に利用可能である。或いは、図１１２に示すように、正弦曲線の磁化１０９００も周縁方向に沿って延在してもよい。回転シャフト８３００の角度位置検出に利用可能である。
【０４１６】
図１１３に、対応する電子機器によって評価される信号を提供する、複数のトルクセンシングコイルを設けた構成を示す。更に、シャフトの周縁の周りには、複数の軸方向負荷センサを配設する。軸方向負荷センサはそれぞれ、対応する電子機器と接続して、シャフトにかかる軸方向の負荷を検出するようになっている。したがって、アナログトルク信号とアナログ実負荷信号の二つを提供するセンサを設ける。
【０４１７】
図１１４に、往復運動するシャフトの位置情報を決定する二つの線形位置センサを含む構成を示す。
【０４１８】
図１１５に、図１１４／図１１３のシステムの異なる接続の構成を示す。
【０４１９】
図１１６に、本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置のマスター・スレーブ構成を示す。
【０４２０】
図１１７に、センサ信号処理用の電子機器の更なるブロック図を示す。
【０４２１】
図１１８を参照して、代表的な実施の形態の位置センサ１１８００を説明する。
【０４２２】
位置センサ１１８００は、自身に生成された正弦曲線の振動符号化磁場１０７００を有する往復運動するシャフト８３００を含む。これを、シャフト８３００の拡張部に沿った磁気符号化領域１８００によって生成される磁場センサ信号を示すグラフ１１８０１に示す。
【０４２３】
磁場検出コイル８４０２は、往復運動するシャフト８３００に沿ったそれぞれの位置で磁場の値を取得し、検出した信号をマルチプレクサ１１８０２に出力する。マルチプレクサ１１８０２は、コイル８４０２のアナログ信号を一つずつアナログデジタル変換器１１８０３に出力する。処理部１１８０４は、マルチプレクサ１１８０２が選択して読み出し、その出力として絶対角度（線形位置）の値を出力するチャネルアドレスを定義する。
【０４２４】
このため、図１１８の実施の形態は、大型線形位置センサである。磁気的に符号化された対象（図１１８の場合、磁気符号化領域１０７００を有する円形シャフト）に対する磁場センサアレイ８４０２の絶対位置を識別することは、図１１８の場合、径方向に向いた磁場センサコイル８４０２の使用も含む。
【０４２５】
これに対して、図１１９に示すセンサシステム１１９００は、軸方向に向いた磁場センサコイル８４０２を使用する。
【０４２６】
図１１８及び図１１９の実施の形態の利点は、極めて大きい信号であり、これらのアレイは、望ましくない浮遊磁場の影響に対して比較的鈍感である。磁場センサコイル８４０２は、必要なコイルを所定のスペースに並べて配置できるように十分に小さいべきである（磁気信号の７５％でもよい）。
【０４２７】
図１１８及び図１１９の実施の形態の更なる利点は、全てのコイル８４０２、本例では、４つが、同一の電子機器によって評価されることである。これは、全てのコイル８４０２に対して共通に設けられたマルチプレクサ１１８０２とＡＤＣ１１８０３とによるもので、センサアレイ１１８００、１１９００が少ない労力で製造できるようになっている。
【０４２８】
図１２０に、図１１８及び図１１９の４つの磁場センサ装置８４０２の出力信号のグラフ１２０００を示す。
【０４２９】
横座標１２００１に沿って、シャフト８３００の回転角度又は線形位置をプロットしている。グラフ１２０００の縦座標１２００２に沿って、４つの磁場センサ装置８４０２の出力信号の振幅をプロットしている。換言すると、図１２０のグラフは、磁気的に符号化されたシャフト８３００の一つの特定の場所における４つのＭＦＳコイル８４０２の出力信号を示す。この信号パターンは、大型線形位置センサ設計及び回転角度センサ設計のものと同様である。
【０４３０】
以下、図１２１を参照して、本発明の代表的な実施の形態のグラフ１２１００について説明する。
【０４３１】
横座標１２１０１に沿って、往復運動又は回転するシャフト８３００の回転角度又は線形位置をプロットする。縦座標１２１０２に沿って４つの磁場センサ装置８４０２の正規化信号をプロットする。
【０４３２】
この「正規化」とは、各回転角度又は線形位置に対して、最大の検出信号の値を検出して、「１」の値を設定し、最小の検出置の値を評価して、「０」に設定することを意味する。次に、この０と１の間の正規化スケールに基づいて、他の二つの磁場センサコイル８４０２の検出信号を再び算出して、図１２１の正規化信号を得ることができる。
【０４３３】
この変換によって、測定結果をオフセット及び絶対振幅値から独立したものにできる。
【０４３４】
図１２２に、磁場センサコイル１２２００の絶対検出値を列挙する表を示す。更に、変換した振幅１２２０１を列挙する。このようにして、測定した信号１２２００又は変換した振幅信号１２２０１の各々４つのタプルを、明確に対応する正弦波又は角度位置の値１２２０２に割り当てることができる。このため、値１２２００又は１２２０１は、移動可能なシャフト８３００の現在の位置を推定するための基準として用いることができる。
【０４３５】
図１２３に、磁気的に符号化されたシャフトを生成するための他のスキームを示す。
【０４３６】
本実施の形態によると、磁化可能な材料のシャフト８３００は回転して（弓形の矢印１２３００を参照）、永久磁石１２３０１、１２３０２の周囲に至る。このようにして、磁気符号化領域１２３０３、１２３０４が形成される。
【０４３７】
図１２３の構成は、位置センサとして使用することができる。振幅に対応する好適な数の永久磁石１２３０１、１２３０２を使用することによって、図１１８又は図１１９に示す、（疑似）正弦形状の磁場パターンを生成することもできる。
【０４３８】
図８９で示した種類の磁化スキームに戻る。図１２４に、シャフト８３００の径Ｄと、磁化ワイヤ８９０１の隣接する巻線の間の距離ｘとの対応関係を示す。歪みのほとんどない磁場を得るためには、ｘはＤより小さいか、ほぼ等しいことが好ましい。
【０４３９】
上述の磁化スキームと、正規化スキームを用いて、距離、老朽化、オフセット等の影響を補償することができるので、磁気位置センサ又は角度位置センサを提供することができる。
【０４４０】
以下、図１２５を参照して、位置又は角度位置を推定するために磁場を測定する場合の更なる問題と対応する解決法について説明する。
【０４４１】
図１２５から分かるように、シャフト８３００は、電流を磁化ワイヤ８９０１に流すことによって、磁化することができる。
【０４４２】
しかしながら、シャフト８３００に周縁状に隣接するワイヤ８９０１の部分の他に、ワイヤ８９０１は、図１２５の構成において左から右へ、シャフト８３００に沿って長手方向に延在する部位も含む。
【０４４３】
図１２６に示すように、このような磁化の結果、磁化の正弦部分とは別に、シャフト８３００とほぼ平行に延在するワイヤ８９０１の部位に起因して、線形に増加するオフセット寄与１２６００が形成されるため、これらの部位の電流フローは、攪乱磁場成分１２６００を生成する。
【０４４４】
図１２７及び図１２８を参照して、この問題を抑制、又は解消するための二つの解決法について説明する。
【０４４５】
図１２７の構成では、隣接する磁化ワイヤ８９０１のループの間に磁場遮蔽要素１２７００を設けている。これらの遮蔽要素１２７００は、連続するループの間の位置で、ワイヤ８９０１とシャフト８３００の間に配設する。
【０４４６】
これに対して、図１２８に、磁場遮蔽要素１２８００を磁化ワイヤ８９０１の隣接するループの間であるが、ワイヤ８９０１の外側に配設した構成を示す。
【０４４７】
遮蔽要素１２７００、１２８００は、軟鉄によって製造するボルト又はリングで構成してもよい。
【０４４８】
図１２９に更なる解決法として、軟鉄遮蔽要素１２９００を磁化ワイヤ８９０１が延在する穴１２９０１を有するリング１２９００として設ける構成を示す。
【０４４９】
図１３０に、近傍に設けた磁場検出器８４０２を有する磁化シャフト８３００を示す。コイル８４０２は、ハウジング１３００に組み込まれている。
【０４５０】
しかしながら、参照番号１３００１に示すようにハウジング１３０００が僅かに傾くと、信号に歪みが生じることがある。
【０４５１】
この問題を回避するため、図１３１の構成を用いることができる。図１３１に、４つのコイル８４０２に加えて、第５の補助コイル１３１００を使用できることが示されている。二つの外部コイル８４０２と１３１００の検出信号は、差動増幅器１３１０２で比較される。差動増幅器１３１０２の出力は、コンデンサ及び／又は抵抗を含む積分部１３１０１を通過させて、ハウジング１３０００の傾きによる攪乱の影響を除去する制御信号として機能させることができる。
【０４５２】
換言すると、補正関数を算出して、このようなアーティファクトを除去するために使用してもよい。
【０４５３】
以下、絶対回転角度位置センサに関する態様について説明する。磁気符号化信号１３２００は、図１３２に示すセンサホスト軸（直線状）に対して平行にセンサホスト８３００を通過することができる。これによって、センサホスト表面の比較的小さい部位１３２０１が磁気的に符号化される。
【０４５４】
この符号化技術によって、信頼性のある、高分解能の非接触回転角度センサを製造することができる。
【０４５５】
原則的には、センサホスト８３００の回転運動を検出するためには（磁気符号化領域１３２０１の近傍に接線方向に配置した）一つのＭＦＳ装置９３０２だけが必須である。しかしながら、差分（二つの）ＭＦＳコイル９３０２を使用する手法では（図１３３に示すように）、結果として回転センサ信号がより線形となるため、平行な浮遊磁場（地磁場など、ここではＥＭＦと呼ぶ）を除去することができる。
【０４５６】
ＭＦＳコイル９３０２を「接線」方向に配置する代わりに、コイル９３０２をシャフト表面に対して「径方向」に配置してもよい。しかしながら、ＭＦＳを「接線方向」に向けた場合の方が、コイル本体を全体的にシャフト表面の近傍に配置できるので、よりよい結果を達成できる。
【０４５７】
センサホスト８３００に対して平行に走る符号化ワイヤ８９０１の長さに応じて、非接触回転角度センサは、軸方向のシャフトの運動を許容できる（図１３４参照）。符号化ワイヤ８９０１が長くなると、より多くの軸方クオのシャフトの運動が可能になる。
【０４５８】
符号化ワイヤ８９０１を一つだけ用いた場合、実際の角度測定範囲は相対的で、９０°より遙かに小さい角度に限定されている。正確な測定範囲も、符号化信号仕様（電流が大きくなり、ＰＣＭＥ信号が急勾配になると測定範囲も増加する）に依存する。
【０４５９】
符号化処理（時）の符号化信号の戻り経路を用いると、センシング領域の所望の物理的な寸法を増加させ、これによって、測定線形性も高めることができる（図１３５を参照）。更に、角度測定範囲も９０°を超えるまで増加させることができる。
【０４６０】
センシングホスト８３００の表面近傍に配置した電線８９０１（絶縁されている）を使用する代わりに、例えば、物理的な電気接点１３６００によって、符号化信号をセンサホスト８３００自体を貫通させることによって磁気符号化を行うこともできる（図１３６を参照）。
【０４６１】
既に説明したように、回転シャフトの運動は、１以上のＭＦＳコイル９３０２をシャフト表面の近傍に配置して検出し、測定することができる。
【０４６２】
以下、小型の角度位置センサの用途に関する態様を説明する。
【０４６３】
上述の「回転」位置センサは、小さな回転位置の変化を検出して正確に測定する必要がある場合に使用できる。過去、ポテンショメータの解決法、又は、後部に光学エンコーダを用いた。
【０４６４】
可能であれば、回転シャフトに恒久的に固定した永久磁石を用いることもできる。１以上のホール効果センサを用いて、シャフトの回転を検出し、測定できる。
【０４６５】
これら全ての場合において、シャフトに、例えば、何かを取り付ける等、回転シャフトの物理的変化を必要とする。又、代替の解決法ははるかに複雑さが増し、このため、コストがかかる。
―  自動車のスロットル位置（通常はポテンショメータによって行う）
―  モータバイクのハンドルの位置（通常はポテンショメータによって行う）
【０４６６】
本解決法の主な利点は以下の通りである。
―  絶対回転位置の測定
―  極めて広範な動作温度領域（−５００Ｃから＋２５００Ｃ）
―  真の非接触解決法（シャフトに取り付ける物がない）
―  角度を＋／−５°から＋／−６０°に調整可能なＦＳ測定範囲
―  極めて高い信号線形性及び再現性（ＦＳの０．０１％）
―  水、油、砂、又はその他の研磨材に敏感でない
―  物理的空間の要件がとても少なく、取り付けが容易
―  位置センサを破壊せずにセンサホストを無制限に回転させることが可能
―  保守不要のセンサ設計であるため、振動及び回転に関する制限がない
【０４６７】
次に、締め付け工具の絶対線形位置測定について説明する。
【０４６８】
本明細書に開示する絶対線形位置検出技術には多くの用途がある。以下、その一部について説明する。図１３７に一つの実施の形態を示す。
―  締め付け工具の位置：本明細書に開示する絶対線形位置センサは、工具ビット（半自動又は全自動締め付け工具）の運動を検出、測定し、これによって、組み立て処理においてスクリュー又はボルトが最終的な正しい位置に到達したことを正確に判断することができる。
―  油圧式及び空圧式アクチュエータ：油圧式及び空圧式アクチュエータを使用した用途がほぼ際限なくある。移動機器（トラック、農業機器及び車両、建設車両、ゴミ収集（ｆｌａｋ  ｆｉｌｔｅｒ）及び道路清掃車両等のオフハイウェー車両）の用途から、固定機器（採鉱及び掘削機器、クレーン、リフター及びエレベータ、重量挙げ（ｗｅｉｇｈｔ  ｌｉｆｔｉｎｇ）、道路工事用機器（ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｓｔｒｅｅｔ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ））の用途まである。
【０４６９】
図１３８に、１以上のコイル９３０２をシャフト８３００の周囲に磁場検出器として配置することができる二つのオプションを示す。
【０４７０】
図１３９に、本発明の代表的な実施の形態の大型線形位置センサ１３９００を示す。
【０４７１】
本装置１３９００は、図１１８に示す装置１１８００と、４つの磁場センサ装置８４０２がそれぞれ、第１の信号チャネルユニット１３９０１と第２の信号チャネルユニット１３９０２とにペアとして接続している点が異なる。したがって、磁場センサ装置８４０２の対応するペアのセンサ信号の評価は、信号チャネルユニット１３９０１、１３９０２で共通に行われる。
【０４７２】
したがって、図１３９は、信号オフセットの変動及び信号ゲインの変動に対して補償する大型線形位置センサ信号処理を行うことができる。
【０４７３】
使用した４つの磁場センサコイル８４０２の一部は、相互に接続しているため、二つの出力信号のみが更なる電子信号処理に必要（全てが読み取り可能）となる。
【０４７４】
図１４０に、図１３９の４つの磁場センサ装置８４０２の出力信号を示すグラフ１４０００を示す。
【０４７５】
換言すると、図１４０に、４つの個々の磁場センサコイル８４０２の信号出力を表すグラフ１４０００を示す。垂直線１４００１は、磁場センサコイルボードを取り付ける場所と、４つの磁場センサ出力信号の相互の関係を表している。
【０４７６】
図１４１に示すグラフ１４１００は、図１３９の二つのチャネル１３９０１、１３９０２の出力信号を示す。
【０４７７】
横座標１４１０１に沿って角度をプロットしている。縦座標１４１０２に沿って信号出力をプロットしている。
【０４７８】
二つの曲線１４１０３、１４１０４は、二つのチャネル１３９０１、１３９０２の出力信号である。このため、４つの個別の磁場センサコイル信号から、二つの信号のみを残す。コイル１の信号からコイル３の信号を引き、コイル２の信号からコイル４の信号を引いた差分信号を観察しているため、これらの二つの相対信号１４１０３、１４１０４は信号オフセットのズレがない。一方のコイル信号を他方から差し引くことで（相互に１８０°で離間した二つのグループ）、オフセットを除去するか、少なくとも大幅に抑制できる。
【０４７９】
図１４２に、第１のチャネル１３９０１と第２のチャネル１３９０２からの信号を表すグラフ１４２００を示す。
【０４８０】
第１のチャネル１３９０１と第２のチャネル１３９０２からの信号は、デジタル処理部に送出される（ＭＣＵ１１８０４参照）。デジタル処理部は、二つの正弦波を絶対値に変換する。信号整流器の動作と同様の効果が得られる。
【０４８１】
図１４３に、単一の出力信号１４３０２を表すグラフ１４３００を示す。
【０４８２】
縦座標１４３０１に沿ってプロットした値を有する単一の出力信号１４３０２は、図１４２の信号Ｂに対して図１４２の信号Ａを正規化するか、ＢがＡより大きい場合は、信号Ａに対して信号Ｂを正規化して得られる。この処理は、ナンバークランチャ（デジタル処理部）の内部で行う。
【０４８３】
図１４４に、グラフ１４４０１をプロットしたグラフ１４４００を示す。
【０４８４】
論理質問（ｉｆ＞０）を行って、デジタル信号処理部は、正しい極性（プラス又はマイナス）と必要なオフセットを持って４つの個別の（９０°の長さ）部位を一緒に通過させることができる。
【０４８５】
図１４５に、グラフ１４５０１をプロットした図１４５００を示す。
【０４８６】
１８０°の部位を一つおきに反転して得られる。
【０４８７】
図１４６に、本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置１４６００を示す。
【０４８８】
本装置１４６００は、断面がＴ形状のビーム１４６０１を含む。磁気的に符号化されたセンサ部分１４６０２は、ビーム１４６０１に沿った様々な位置で形成される。４つのコイル８４０２のセンサブロック１４６０３は、二つの信号調整及び信号処理（ＳＣＳＰ）回路１４６０４をコイル８４０２にペアで接続する。読み出しヘッド１４６０３は、ビーム１４６０１の拡張部に沿って滑動し、磁気符号化部分１４６０２に基づいて位置を検出するようになっている。
【０４８９】
ビーム１４６０１は、図１４６の点線で示すように、（例えば、円形軌道に沿って）湾曲してもよい。
【０４９０】
例えば、装置１４６００は、センサブロック１４６０３に接続し、湾曲した軌道に沿って移動する、クレーンの運転室の位置を検出する位置センサとして実現してもよい。磁気符号化領域１４６０２は、Ｔ形状のビーム１４６０１の上部部分及び／又は下部部分に設けてもよい。
【０４９１】
図１４７に、本発明の代表的な実施の形態のセンサシャフト１４７００の断面を示す。
【０４９２】
図９３とは異なり、図１４７のセンサ装置は、二つだけでなく三つの磁気的に符号化されたセンサ領域１４７０１、１４７０２、１４７０３を含む。センサ情報の精度が十分でない部分９３０１は、隣接部分１４７０１〜１４８０３の間の境界に設けられる。
【０４９３】
攪乱する磁石１４７０４が存在する場合、センサ部分１４７０３は攪乱されても、二つの残りのセンサ部分１４７０１、１４７０２を位置及び／又は角度の検出に使用することができるので、より正確なセンサを実現するための所定の冗長を有している。
【０４９４】
２以上のセンサ部分１４７０１〜１４７９０３がシャフト１４７００の周縁に沿って配置されているため、図１４７のセンサ構成はある冗長を有している。これによって、センサ装置１４７００は、歪みにより強くなっている。
【０４９５】
装置１４７００で位置を測定する場合、ノギス等の測定原理を応用できる。図９０の二列のセンサ部分９００１、９０００が特定の数の磁気的に符号化された部分によって区別できることを示す図９０及び図９１と同様に、図１４７で紙面に対して垂直な方向に沿って磁気的に符号化された部分の数は、部位Ａと部位Ｂの間の半分、部位Ａと部位Ｃの間の半分、及び部位Ｂと部位Ｃの間の半分異なってもよい。これによって、２以上のセンサ領域１４７０１〜１４７０３から一意的な位置情報を得ることができる。
【０４９６】
図１４８は、本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置１４８００の概略図である。
【０４９７】
個々の磁気的に符号化された部分９０００、９００１は、複数の磁場センサを組み込んだ読み出しヘッド１４８０１の拡張部に対して平行に、読み出しヘッド１４８０１に沿って配置してもよい。
【０４９８】
磁気的に符号化された部分９０００、９００１の隣接する二つの部分の間の距離Ｄは、二つの隣接するセンサ部分９０００、９００１が進むに従って増加するようにしてもよい。
【０４９９】
換言すると、第１及び第２の磁気的に符号化された部分９０００、９００１は、隣接する部位に直接配設し、隣接する部位の間に距離はない。第２及び第３の磁気的に符号化された部分９０００、９００１は、隣接する部位の間に距離ｄをもって配設する。第３及び第４の磁気的に符号化された部分９０００、９００１は、隣接する部位の間に距離２ｄをもって配設する、を繰り返していく。参照番号ｎ−１とｎで示す最後の列の二つのセンサ９０００、９００１は、依然として、センサ素子９０００、９００１のいずれの幅Ｘよりも小さい。
【０５００】
この構造によって、ノギス原理を、装置１４８００に適用できる。換言すると、隣接する二つのセンサ部分９０００、９００１の間の距離は、線形に増加してもよい。
【０５０１】
図１４９に、歪みのない理想的なケースのセンサ信号を示す。
【０５０２】
図１５０に、一定のオフセットＩ０を有する信号を示す。
【０５０３】
図１５１に、一定でないオフセットＩ０を有する信号を示す。
【０５０４】
センサを（以下に説明するように）機械的に硬化することによって、図１５０及び図１５１に示すオフセットを回避し、図１４９に示す状態を観察できるようにしてもよい。
【０５０５】
しかしながら、非硬化センサを使用する場合、絶対センサ値の代わりに相対センサ値で計算をする、適応型ソフトウェアルーチンを適用してもよい。換言すると、図１５０及び図１５１に示すアーティファクトを数学モデルを適用することによって除去してもよい。
【０５０６】
図１４９に示す理想的なセンサ特性は、センサ信号とアドレス、即ち、検出する位置、との間に一意的な相関を有することができるようにしてもよい。図１５０及び図１５１に示すように、歪みのある場合、測定値を相対的に比較する、即ち、個々の測定値と他の測定値との関連付けを行ってもよい。
【０５０７】
したがって、本明細書に記載のセンサの一つに使用する強磁性体材料を使用前に硬化することは有利である場合がある。これによって材料を、読み取り及び書き込みの影響に対して一層強化できる。このような硬化は、焼き戻しによる機械的硬化であってもよい。これによって、シャフトが攪乱磁場に対して耐性を持つように支援できる。
【０５０８】
以下の手順を硬化センサに適用してもよい。
【０５０９】
最初に、強磁性体シャフト、例えば、円筒形のシャフトを用意する。
【０５１０】
次に、強磁性体シャフトを焼き戻し、例えば、９００°Ｃの温度にした後、急速に冷却する、例えば、強磁性体シャフトを浸油槽に入れて硬化してもよい。
【０５１１】
続いて、硬化したシャフトを再び焼き戻して焼き入れる、例えば、９００°Ｃを僅かに下回る温度、例えば、７００°Ｃに加熱してもよい。これによって材料の結晶構造に影響を与えてもよい。
【０５１２】
次に、材料に適当な処理を行って（例えば、図２８又は図３０に示すようにシャフトにパルスを印加する）磁化してもよい。
【０５１３】
或いは、シャフトの金属被膜（例えば、クロム被膜）を用いてもよい。油圧式又は空圧式シリンダに特に有利である。このようなクロム材料を用いて、磁気符号化を行うこともできる。したがって、このようなクロムの被膜は、シャフトの磁化の前に行ってもよい。
【０５１４】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素又はステップを除外しないし、そして一つの（「ａ」又は「ａｎ」）は複数を除外しないことに留意されたい。また、異なる実施形態に関連して記述された要素は結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０５１５】
【図１】本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサを製造する方法を説明する、本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子を持つトルクセンサを示す図である。
【図２ａ】本発明の原理及び本発明の製造方法における一つの代表的な実施の形態を更に説明する、本発明のトルクセンサのセンサ素子における一つの代表的な実施の形態を示す図である。
【図２ｂ】図２ａのＡＡ’線に沿った断面図を示す。
【図３ａ】本発明の原理及び本発明のトルクセンサの製造方法における一つの代表的な実施の形態を更に説明する、本発明のトルクセンサのセンサ素子の別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図３ｂ】図３ａのＢＢ’線に沿った横断面を示す図である。
【図４】本発明の一つの代表的な実施の形態の方法に従って製造された図２ａ及び３ａにおけるトルクセンサのセンサ素子の横断面を示す図である。
【図５】本発明のトルクセンサを製造するための製造方法の代表的な実施の形態を更に説明する、本発明のトルクセンサのセンサ素子における別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図６】本発明のトルクセンサの製造方法の代表的な実施の形態を更に説明する、本発明のトルクセンサのセンサ素子における別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図７】本発明のトルクセンサを製造する方法の、ある代表的な実施の形態を更に説明するためのフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の一つの代表的な実施の形態の方法を更に説明するための電流対時間を示すグラフ図である。
【図９】本発明の一つの代表的な実施の形態の電極システムを有する、本発明のトルクセンサのセンサ素子における別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図１０ａ】本発明の一つの代表的な実施の形態の電極システムを有する、本発明のトルクセンサの別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図１０ｂ】図１０ａの電極システムによる電流サージを加えた後の図１０ａのセンサ素子を示す図である。
【図１１】本発明のトルクセンサのためのトルクセンサ素子における別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図１２】二つの磁場がシャフトに生じて、閉じた円内を走っている様子を示す図であり、本発明の別の代表的な実施の形態のトルクセンサのセンサ素子の概略を示す図である。
【図１３】本発明による製造方法に従って作られる二つの逆方向サイクル、つまり、磁場ループを使用するＰＣＭＥセンシング技術を図示する別の概略を示す図である。
【図１４】機械的応力が本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子に加わらない時、磁束線がその独自の経路を走ることを図示する別の概略を示す図である。
【図１５】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための別の概略を示す図である。
【図１６】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための別の概略を示す図である。
【図１７】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図１８】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図１９】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２０】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２１】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２２】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２３】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための別の概略を示す図である。
【図２４】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略を示す図である。
【図２５】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略を示す図である。
【図２６】本発明の一つの代表的な実施の形態の原理を更に説明するための概略を示す図である。
【図２７】本発明の一つの代表的な実施の形態の製造方法によるセンサ素子に加えられる電流パルスを図示する電流対時間図である。
【図２８】本発明の一つの代表的な実施の形態の出力信号対電流パルス長を示す図である。
【図２９】本発明の方法によるセンサ素子に加えられる本発明の一つの代表的な実施の形態の電流パルスとともに電流対時間を示す図である。
【図３０】本発明の一つの代表的な実施の形態の方法によるシャフト等のセンサ素子に加えられる電流パルスについて、好ましい代表的な実施の形態を示す別の電流対時間図である。
【図３１】本発明の一つの代表的な実施の形態に従う信号及び信号効率対電流図である。
【図３２】本発明の一つの代表的な実施の形態の好ましいＰＣＭＥ電流密度を有するセンサ素子の断面図を示す。
【図３３】本発明の一つの代表的な実施の形態による、各種の増加するパルス電流レベルでのセンサ素子及び電気パルス電流密度の断面図を示す。
【図３４】本発明によるセンサ素子において、異なる電流パルスの磁気流によって生じる間隔を示す図である。
【図３５】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子に加えられる電流パルスの電流対時間図を示す。
【図３６】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子への電気的なマルチポイント接続を示す図である。
【図３７】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子に対して、電流パルスを加えるバネ仕掛け接触点を有するマルチチャネルの電気接続具を示す図である。
【図３８】本発明の一つの代表的な実施の形態の電気接続ポイントを増加した電極システムを示す図である。
【図３９】図３７の電極システムにおける一つの代表的な実施の形態を示す。
【図４０】本発明の一つの代表的な実施の形態の方法で使用するシャフト処理保持クランプを示す図である。
【図４１】本発明によるセンサ素子の二重磁場符号化領域を示す図である。
【図４２】本発明の一つの代表的な実施の形態による、連続的な二重磁場符号化の処理ステップを示す図である。
【図４３】本発明の別の代表的な実施の形態の二重磁場符号化の別の処理ステップを示す図である。
【図４４】本発明の別の代表的な実施の形態に従って、電流パルスの印加の説明を含む、センサ素子における別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図４５】応力が加えられない時の本発明によるセンサ素子内の磁束方向を記した概略を示す図である。
【図４６】応力が加えられた時に図４５のセンサ素子内における磁束方向を示す図である。
【図４７】加えられたトルクの方向が変化している時に図４５のＰＣＭ符号化シャフト内部の磁束を示す図である。
【図４８】本発明の一つの代表的な実施の形態の６チャネル同期パルス電流駆動システムを示す図である。
【図４９】本発明の別の代表的な実施の形態の電極システムを簡略化して示す図である。
【図５０】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子を示す図である。
【図５１】二つのピン止め磁場領域とともにＰＣＭＥ処理センシング領域を有する、本発明によるセンサ素子の別の代表的な実施の形態を示す図である。
【図５２】符号化領域とピン止め領域を有するセンサ素子の製造のための、本発明の一つの代表的な実施の形態の製造方法を説明するための概略図である。
【図５３】本発明の一つの代表的な実施の形態の製造方法に従って製造した、本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子を示す別の概略図である。
【図５４】本発明の一つの代表的な実施の形態を更に説明するための簡略化された概略図である。
【図５５】本発明の一つの代表的な実施の形態を更に説明するための簡略化された別の概略図である。
【図５６】モータのギアボックスにおける本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサの適用を示す図である。
【図５７】本発明の一つの代表的な実施の形態のトルクセンサを示す図である。
【図５８】本発明の一つの代表的な実施の形態の非接触トルクセンシング装置の構成要素の概略図である。
【図５９】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンシング装置の構成要素を示す図である。
【図６０】本発明の一つの代表的な実施の形態のセンサ素子を有するコイル配置を示す図である。
【図６１】本発明の一つの代表的な実施の形態の単一チャネルセンサ電子機器を示す図である。
【図６２】本発明の一つの代表的な実施の形態のデュアルチャネルのショート保護システムを示す図である。
【図６３】本発明の別の代表的な実施の形態のセンサを示す図である。
【図６４】本発明の一つの代表的な実施の形態の第２のセンサ部組み立ての一つの代表的な実施の形態を示す図である。
【図６５】本発明の一つの代表的な実施の形態の第１のセンサ及び第２のセンサの幾何学的な配置の二つの構成を示す図である。
【図６６】第２のセンサ部とセンサホストとの間隔は可能な限り小さい方が好ましいことを説明するための概略図である。
【図６７】第１のセンサ符号化装置について実施形態を示す図である。
【図６８】本発明の代表的な実施の形態の、モータスポーツ用トルクセンサの特徴及び性能を示す図である。
【図６９】本発明の代表的な実施の形態の、第１のセンサ、第２のセンサ、信号調整及び信号処理用電子機器を示す図である。
【図７０】本発明の代表的な実施の形態の信号調整及び信号処理用電子機器を示す図である。
【図７１】本発明の代表的な実施の形態の第１のセンサを示す図である。
【図７２】本発明の代表的な実施の形態の第１のセンサを示す図である。
【図７３】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置のガード間隔を示す図である。
【図７４】本発明の代表的な実施の形態の第１のセンサ材料の構成を示す図である。
【図７５】本発明の代表的な実施の形態の第２のセンサ部を示す図である。
【図７６】本発明の代表的な実施の形態の第２のセンサ部を示す図である。
【図７７】本発明の代表的な実施の形態の第２のセンサ部の仕様を示す図である。
【図７８】本発明の代表的な実施の形態の第２のセンサ部の構成を示す図である。
【図７９】本発明の代表的な実施の形態の磁場センサコイルの構成を示す図である。
【図８０】本発明の代表的な実施の形態の磁場センサコイルの構成を示す図である。
【図８１】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図８２】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図８３】代表的な実施の形態のシャフトの磁化を示す図である。
【図８４】磁場検出器の効率的な使用を実現する様々なセンサ装置を示す図である。
【図８５】磁場検出器の効率的な使用を実現する様々なセンサ装置を示す図である。
【図８６】磁場検出器の効率的な使用を実現する様々なセンサ装置を示す図である。
【図８７】磁場検出器の効率的な使用を実現する様々なセンサ装置を示す図である。
【図８８】本発明の代表的な実施の形態の磁化装置を示す図である。
【図８９】本発明の代表的な実施の形態の磁化装置を示す図である。
【図９０】図８９の磁化装置を用いて磁化したセンサ装置を示す図である。
【図９１】図８９の磁化装置を用いて磁化したセンサ装置を示す図である。
【図９２】図９０及び図９１に示すシャフトの拡張部に沿った磁化分布の概略図である。
【図９３】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置の断面図である。
【図９４】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置の断面図である。
【図９５】代表的な実施の形態の磁化装置を示す図である。
【図９６】本発明の代表的な実施の形態の磁化されたセンサ装置を示す図である。
【図９７】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図９８】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図９９】代表的な実施の形態のプログラミングユニットに対する磁化可能な物体の配置を示す図である。
【図１００】代表的な実施の形態のプログラミングユニットに対する磁化可能な物体の配置を示す図である。
【図１０１】図１００に示すシャフト表面の概略図である。
【図１０２】長手方向に沿って特徴的な場分布を有するシャフトを備えたセンサ装置の概略図である。
【図１０３】長手方向に沿って特徴的な場分布を有するシャフトを備えたセンサ装置の概略図である。
【図１０４】代表的な実施の形態のセンサ装置を磁化する磁化装置を示す図である。
【図１０５】代表的な実施の形態の他の磁化装置及び他のセンサ装置を示す図である。
【図１０６】代表的な実施の形態のセンサ装置の周りの磁場分布に対するコイルの配置を示す図である。
【図１０７】代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１０８】異なる振幅を有する磁場検出信号の空間依存性を示す図である。
【図１０９】磁気符号化領域によって生成された磁場に対する磁場検出コイルの配置を示す図である。
【図１１０】位置とセンサ信号の間の関係を示す表と、対応する検出コイルの空間分布を示す図である。
【図１１１】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１１２】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１１３】代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１４】代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１５】本発明の代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１６】本発明の代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１７】代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１８】代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１１９】代表的な実施の形態のセンサシステムを示す図である。
【図１２０】代表的な実施の形態の磁場検出器の出力信号を可視化したグラフである。
【図１２１】代表的な実施の形態のセンサシステムの４つの磁場検出器の正規化信号を示す図である。
【図１２２】図１１８又は図１１９に示す位置センサシステムの絶対検出置と正規化検出置を含む表を示す図である。
【図１２３】代表的な実施の形態の他の磁化装置と他のセンサ装置を示す図である。
【図１２４】代表的な実施の形態の他の磁化装置と他のセンサ装置を示す図である。
【図１２５】代表的な実施の形態の他の磁化装置と他のセンサ装置を示す図である。
【図１２６】図１２５に示すセンサ装置の環境で検出された磁場パターンを示す図である。
【図１２７】代表的な実施の形態の他の磁化装置及び他のセンサ装置を示す図である。
【図１２８】代表的な実施の形態の他の磁化装置及び他のセンサ装置を示す図である。
【図１２９】代表的な実施の形態の他の磁化装置及び他のセンサ装置を示す図である。
【図１３０】代表的な実施の形態の他のセンサ装置を示す図である。
【図１３１】図１３０に示すセンサ装置の電子機器を示す図である。
【図１３２】代表的な実施の形態の磁化装置及びセンサ装置を示す図である。
【図１３３】代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１３４】代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１３５】代表的な実施の形態の磁化装置及びセンサ装置を示す図である。
【図１３６】代表的な実施の形態の磁化装置及びセンサ装置を示す図である。
【図１３７】工具と組み合わせた代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１３８】代表的な実施の形態のセンサ装置のコイル配置を示す図である。
【図１３９】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１４０】図１３９に示す４つの磁場検出コイルの出力信号を示すグラフである。
【図１４１】図１３９に示すセンサ装置の２つのチャネルの出力信号を示すグラフである。
【図１４２】図１３９に示すセンサ装置の２つのチャネルの出力信号の絶対値を示すグラフである。
【図１４３】図１３９に示すセンサ装置の２つのチャネルの値の正規化を示すグラフである。
【図１４４】４つの異なる９０°の部位の貼り付けの開始を示す、図１３９に示すセンサ装置に関するグラフである。
【図１４５】図１３９のセンサ装置について１８０°の部位を一つおきに反転したグラフである。
【図１４６】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１４７】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置を示す図である。
【図１４８】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置の概略図である。
【図１４９】本発明の代表的な実施の形態のセンサ装置の理想的な検出信号を示すグラフである。
【図１５０】一定のオフセットを有するセンサ装置の検出信号を示すグラフである。
【図１５１】一定でないオフセットを有するセンサ装置の検出信号を示すグラフである。
【図１】
2009519592.tif 000004
【図２Ａ】
2009519592.tif 000005
【図２Ｂ】
2009519592.tif 000006
【図３Ａ】
2009519592.tif 000007
【図３Ｂ】
2009519592.tif 000008
【図４】
2009519592.tif 000009
【図５】
2009519592.tif 000010
【図６】
2009519592.tif 000011
【図７】
2009519592.tif 000012
【図８】
2009519592.tif 000013
【図９】
2009519592.tif 000014
【図１０Ａ】
2009519592.tif 000015
【図１０Ｂ】
2009519592.tif 000016
【図１１】
2009519592.tif 000017
【図１２】
2009519592.tif 000018
【図１３】
2009519592.tif 000019
【図１４】
2009519592.tif 000020
【図１５】
2009519592.tif 000021
【図１６】
2009519592.tif 000022
【図１７】
2009519592.tif 000023
【図１８】
2009519592.tif 000024
【図１９】
2009519592.tif 000025
【図２０】
2009519592.tif 000026
【図２１】
2009519592.tif 000027
【図２２】
2009519592.tif 000028
【図２３】
2009519592.tif 000029
【図２４】
2009519592.tif 000030
【図２５】
2009519592.tif 000031
【図２６】
2009519592.tif 000032
【図２７】
2009519592.tif 000033
【図２８】
2009519592.tif 000034
【図２９】
2009519592.tif 000035
【図３０】
2009519592.tif 000036
【図３１】
2009519592.tif 000037
【図３２】
2009519592.tif 000038
【図３３】
2009519592.tif 000039
【図３４】
2009519592.tif 000040
【図３５】
2009519592.tif 000041
【図３６】
2009519592.tif 000042
【図３７】
2009519592.tif 000043
【図３８】
2009519592.tif 000044
【図３９】
2009519592.tif 000045
【図４０】
2009519592.tif 000046
【図４１】
2009519592.tif 000047
【図４２】
2009519592.tif 000048
【図４３】
2009519592.tif 000049
【図４４】
2009519592.tif 000050
【図４５】
2009519592.tif 000051
【図４６】
2009519592.tif 000052
【図４７】
2009519592.tif 000053
【図４８】
2009519592.tif 000054
【図４９】
2009519592.tif 000055
【図５０】
2009519592.tif 000056
【図５１】
2009519592.tif 000057
【図５２】
2009519592.tif 000058
【図５３】
2009519592.tif 000059
【図５４】
2009519592.tif 000060
【図５５】
2009519592.tif 000061
【図５６】
2009519592.tif 000062
【図５７】
2009519592.tif 000063
【図５８】
2009519592.tif 000064
【図５９】
2009519592.tif 000065
【図６０】
2009519592.tif 000066
【図６１】
2009519592.tif 000067
【図６２】
2009519592.tif 000068
【図６３】
2009519592.tif 000069
【図６４】
2009519592.tif 000070
【図６５】
2009519592.tif 000071
【図６６】
2009519592.tif 000072
【図６７】
2009519592.tif 000073
【図６８】
2009519592.tif 000074
【図６９】
2009519592.tif 000075
【図７０】
2009519592.tif 000076
【図７１】
2009519592.tif 000077
【図７２】
2009519592.tif 000078
【図７３】
2009519592.tif 000079
【図７４】
2009519592.tif 000080
【図７５】
2009519592.tif 000081
【図７６】
2009519592.tif 000082
【図７７】
2009519592.tif 000083
【図７８】
2009519592.tif 000084
【図７９】
2009519592.tif 000085
【図８０】
2009519592.tif 000086
【図８１】
2009519592.tif 000087
【図８２】
2009519592.tif 000088
【図８３】
2009519592.tif 000089
【図８４】
2009519592.tif 000090
【図８５】
2009519592.tif 000091
【図８６】
2009519592.tif 000092
【図８７】
2009519592.tif 000093
【図８８】
2009519592.tif 000094
【図８９】
2009519592.tif 000095
【図９０】
2009519592.tif 000096
【図９１】
2009519592.tif 000097
【図９２】
2009519592.tif 000098
【図９３】
2009519592.tif 000099
【図９４】
2009519592.tif 000100
【図９５】
2009519592.tif 000101
【図９６】
2009519592.tif 000102
【図９７】
2009519592.tif 000103
【図９８】
2009519592.tif 000104
【図９９】
2009519592.tif 000105
【図１００】
2009519592.tif 000106
【図１０１】
2009519592.tif 000107
【図１０２】
2009519592.tif 000108
【図１０３】
2009519592.tif 000109
【図１０４】
2009519592.tif 000110
【図１０５】
2009519592.tif 000111
【図１０６】
2009519592.tif 000112
【図１０７】
2009519592.tif 000113
【図１０８】
2009519592.tif 000114
【図１０９】
2009519592.tif 000115
【図１１０】
2009519592.tif 000116
【図１１１】
2009519592.tif 000117
【図１１２】
2009519592.tif 000118
【図１１３】
2009519592.tif 000119
【図１１４】
2009519592.tif 000120
【図１１５】
2009519592.tif 000121
【図１１６】
2009519592.tif 000122
【図１１７】
2009519592.tif 000123
【図１１８】
2009519592.tif 000124
【図１１９】
2009519592.tif 000125
【図１２０】
2009519592.tif 000126
【図１２１】
2009519592.tif 000127
【図１２２】
2009519592.tif 000128
【図１２３】
2009519592.tif 000129
【図１２４】
2009519592.tif 000130
【図１２５】
2009519592.tif 000131
【図１２６】
2009519592.tif 000132
【図１２７】
2009519592.tif 000133
【図１２８】
2009519592.tif 000134
【図１２９】
2009519592.tif 000135
【図１３０】
2009519592.tif 000136
【図１３１】
2009519592.tif 000137
【図１３２】
2009519592.tif 000138
【図１３３】
2009519592.tif 000139
【図１３４】
2009519592.tif 000140
【図１３５】
2009519592.tif 000141
【図１３６】
2009519592.tif 000142
【図１３７】
2009519592.tif 000143
【図１３８】
2009519592.tif 000144
【図１３９】
2009519592.tif 000145
【図１４０】
2009519592.tif 000146
【図１４１】
2009519592.tif 000147
【図１４２】
2009519592.tif 000148
【図１４３】
2009519592.tif 000149
【図１４４】
2009519592.tif 000150
【図１４５】
2009519592.tif 000151
【図１４６】
2009519592.tif 000152
【図１４７】
2009519592.tif 000153
【図１４８】
2009519592.tif 000154
【図１４９】
2009519592.tif 000155
【図１５０】
2009519592.tif 000156
【図１５１】
2009519592.tif 000157
【国際調査報告】
2009519592.tif 000158
2009519592.tif 000159
2009519592.tif 000160