(57)【要約】可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する角度検出装置は、可動物体に配置された１つ以上の磁気的なエンコード領域と、１つ以上の磁場検出器と、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を備える。前記１つ以上の磁場検出器は、可動物体とともに移動する前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が磁場検出器の周辺域を通る際に、前記磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出するように構成される。そして前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部は、検出信号に基づいて、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定するように構成される。【選択図】  図８７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する角度検出装置であって、
前記可動物体に配置された１つ以上の磁気的なエンコード領域と、
１つ以上の磁場検出器と、
角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を備え、
前記１つ以上の磁場検出器は、前記可動物体とともに移動する前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が前記１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出するように構成され、
前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部は、検出信号に基づいて、前記可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定するように構成された、角度検出装置。
【請求項２】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、前記可動物体の周方向に沿って角度的に非対称な幾何学的配置とされた、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、前記可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ配置とされた、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、前記可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁極性をもつ配置とされた、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部が、前記検出信号に基づいて、前記可動物体の絶対角度位置情報を測定するように構成された、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記可動物体を備えた、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記可動物体が、円形シャフト、管、ディスク、及び非円形状の物体からなる群のうちの少なくとも１つである、請求項６に記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記可動物体が、エンジンシャフト、往復移動可能な作業シリンダ、及びプッシュプルロッドからなる群のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項９】
複数の磁場検出器を備えた、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１０】
前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部が、前記複数の磁場検出器によって検出される磁気信号の同時解析に基づいて、前記可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定するように構成された、請求項９に記載の角度検出装置。
【請求項１１】
前記可動物体の周方向に沿って配置された複数の磁気的なエンコード領域を備える、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１２】
前記角度位置情報及び／又は角速度情報に基づいて前記可動物体の運動を制御するように構成した制御部を更に備え、前記角度位置情報及び／又は角速度情報が、前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部によって前記制御部に提供される、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１３】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が永久的な磁気領域である、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１４】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が前記可動物体の長手方向に磁化された領域である、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１５】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が前記可動物体の周方向に磁化された領域である、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１６】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、第一の方向を向いた第一磁気流領域及び第二の方向を向いた第二磁気流領域によって形成され、前記第一の方向が前記第二の方向と反対である、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１７】
前記可動物体の断面において、前記第一の方向及び第一の半径をもつ第一環状磁気流と、前記第二の方向及び第二の半径をもつ第二環状磁気流が存在し、前記第一の半径が前記第二の半径よりも大きい、請求項１６に記載の角度検出装置。
【請求項１８】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、第一電流パルスを磁化可能要素に印加する製造工程に従って形成され、
前記第一電流パルスは、前記磁化可能要素の長手方向の軸に沿う第一の方向に第一電流が流れるように印加され、
前記第一電流パルスは、該第一電流パルスの印加によって前記磁化可能要素に磁気的なエンコード領域を生成する、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１９】
第二電流パルスが前記磁化可能要素に印加され、
前記第二電流パルスは、前記磁化可能要素の長手方向の軸に沿う第二の方向に第二電流が流れるように印加される、請求項１８に記載の角度検出装置。
【請求項２０】
前記第一電流パルス及び第二電流パルスの各々が立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジをもち、立ち上がりエッジが立ち下がりエッジよりも急峻とされた、請求項１８に記載の角度検出装置。
【請求項２１】
前記第一の方向が前記第二の方向と反対である、請求項１９に記載の角度検出装置。
【請求項２２】
前記磁化可能要素は、該磁化可能要素のコア領域を囲む周面を有し、
前記第一電流パルスが前記周面における第一位置で前記磁化可能要素に導入されて、前記第一電流が前記磁化可能要素のコア領域にて前記第一の方向に流れ、
前記第一電流パルスは、前記周面における第二位置で前記磁化可能要素から放出され、
前記第二位置が前記第一の方向において前記第一位置から離れている、請求項１８に記載の角度検出装置。
【請求項２３】
前記第二電流パルスが周面における第二位置で前記磁化可能要素に導入されて、前記第二電流が前記磁化可能要素のコア領域にて前記第二の方向に流れ、
前記第二電流パルスは、前記周面における第一位置で前記磁化可能要素から放出される、請求項１９に記載の角度検出装置。
【請求項２４】
前記第一電流パルスは、前記磁化可能要素の端面において前記磁化可能要素に印加されない、請求項１８に記載の角度検出装置。
【請求項２５】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が、前記可動物体の表面に付設された磁気的要素である、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項２６】
前記１つ以上の磁場検出器が、
前記可動物体の延びる方向と基本的に平行な方向を向いたコイル軸を有するコイルと、
前記可動物体の延びる方向と基本的に直交する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ーと、
磁気共鳴磁場センサーからなる群のうちの、少なくとも１つを備える、請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項２７】
可動物体の２つ以上のパラメータを測定可能なマルチパラメータ検出装置であって、
前記可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する、請求項１に記載の角度検出装置と、
別のパラメータの測定部と、を備え、
前記別のパラメータの測定部が、検出信号に基づいて前記可動物体を特徴付ける１つ以上の別のパラメータを測定するように構成された、マルチパラメータ検出装置。
【請求項２８】
前記１つ以上の別のパラメータが、前記可動物体の位置、前記可動物体にかかるトルク、前記可動物体にかかる引張力、前記可動物体にかかる曲げ力、前記可動物体にかかるせん断力、前記可動物体の速度、及び前記可動物体の仕事率からなる群より選択される、請求項２７に記載のマルチパラメータ検出装置。
【請求項２９】
可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する方法であって、
前記可動物体とともに移動する１つ以上の磁気的なエンコード領域が１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、前記１つ以上の磁場検出器を用いて、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出する工程と、
検出信号に基づいて、前記可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する工程を有する方法。
【請求項３０】
可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する角度検出装置を製造する方法であって、
１つ以上の磁気的なエンコード領域を前記可動物体に配置する工程と、
１つ以上の磁場検出器を設ける工程と、
角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を設ける工程と、
前記可動物体とともに移動する前記１つ以上の磁気的なエンコード領域が前記１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、前記１つ以上の磁場検出器を用いて、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出する工程と、
前記角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を用いて、検出信号に基づいて、前記可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する工程を有する方法。
【請求項３１】
前記可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する工程を更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
１つ以上の磁化物体に対して前記可動物体を非対称的に配置して、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することにより、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の磁化物体を前記可動物体により非対称的に囲み、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することで、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上の磁化物体により前記可動物体と非対称的に接触させて、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することで、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記１つ以上の磁気的なエンコード領域から材料を非対称的に除去することによって、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
対象物に磁気材料又は磁化可能材料を非対称的に付加することによって、前記１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
物体であって、
前記物体の周方向に沿って角度的に非対称の幾何学的配置とされ及び／又は前記物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ配置とされた、１つ以上の磁気的なエンコード領域を有する物体。
【請求項３８】
物体の製造方法であって、
１つ以上の磁気的なエンコード領域を、前記物体の周方向に沿って角度的に非対称な幾何学的配置とする工程及び／又は前記物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ配置とする工程を有する製造方法。
【請求項３９】
磁気的なエンコード領域を生成するために磁化可能要素を磁化させる装置であって、
前記磁化可能要素における２つ以上の異なる部分と電気的に接触させるための電気接続要素と、
前記電気接続要素に接続されるとともに、前記磁化可能要素における２つ以上の異なる部分に２つ以上の磁気的なエンコード領域を生成するために、２つ以上の電気信号を前記２つ以上の異なる部分に印加するように構成した電気信号供給部と、を備えた装置。
【請求項４０】
前記電気接続要素が、電気接続要素の群を形成するように接続され、電気接続要素の各群が前記２つ以上の異なる部分の１つにそれぞれ割り当てられ、
電気接続要素の群における電気接続要素の１つ以上は、それぞれの電気信号を前記電気信号供給部から各部分に導くように構成され、かつ、電気接続要素の群における電気接続要素の他の１つ以上は、それぞれの電気信号を前記各部分から前記電気信号供給部へと戻すように導く構成とされた、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
可動物体の２つ以上の部分に異なる磁気的強度をもった前記磁気的なエンコード領域を生成するように構成した、請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
可動物体の２つ以上の部分に異なる磁極をもった前記磁気的なエンコード領域を生成するように構成した、請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
前記磁化可能要素の表面の平面投影において、磁気的なエンコード領域の磁気強度及び／又は極性がチェス盤状の構造をなすように、管状の磁化可能要素を磁化させる構成とした、請求項３９に記載の装置。
【請求項４４】
前記２つ以上の磁気的なエンコード領域が、第一電流パルスを各部に印加する製造工程に従って形成され、
前記第一電流パルスは、前記各部の長手方向の軸に沿う第一の方向に第一電流が流れるように印加され、
前記第一電流パルスは、該第一電流パルスの印加によって前記各部に磁気的なエンコード領域を生成する、請求項３９に記載の装置。
【請求項４５】
第二電流パルスが前記各部に印加され、
前記第二電流パルスは、前記各部の長手方向の軸に沿う第二の方向に第二電流が流れるように印加される、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記第一電流パルス及び第二電流パルスの各々が立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジをもち、立ち上がりエッジが立ち下がりエッジよりも急峻とされた、請求項４４に記載の装置。
【請求項４７】
前記第一の方向が前記第二の方向と反対である、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
複数の電気信号供給部を備え、電気信号供給部の各々が、割り当てられた１つの部分に電気信号を印加するように構成された、請求項３９に記載の装置。
【請求項４９】
磁気的なエンコード領域を生成するために磁化可能要素を磁化させる方法であって、
前記磁化可能要素の２つ以上の異なる部分を電気信号供給部と電気的に接続する工程と、
２つ以上の異なる磁気的なエンコード領域を、前記磁化可能要素の前記２つ以上の異なる部分に生成するために、前記電気信号供給部によって２つ以上の異なる電気信号を前記２つ以上の異なる部分に印加する工程を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度検出装置、マルチパラメータ検出装置、角度位置情報の測定方法、角度検出装置の製造方法、物体、物体の製造方法、磁化可能要素の磁化装置、及び磁化可能要素の磁化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トランスデューサ技術は、トルク及び位置の測定に応用されている。それは特に、シャフトや、トルクを受け又は直線運動に従う、あらゆる他の部分における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は、磁化された領域、即ち磁気的なエンコード領域が設けられ、そしてシャフトが回転し又は往復運動をする時、そのような磁気的にエンコードされた領域は、シャフトのトルク、力又は位置を測定できる（磁気コイルのような）磁場検出器に特徴的な信号を発生させる。
【０００３】
この種のセンサーは、例えば、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットに開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、効率の良い磁気センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、独立請求項に従って、角度検出装置、マルチパラメータ検出装置、角度位置情報の測定方法、角度検出装置の製造方法、物体、物体の製造方法、磁化可能要素を磁化させる装置、磁化可能要素を磁化させる方法を提供することで達成できる。
【０００６】
本発明の典型的な実施形態によると、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する角度検出装置が提供され、該角度検出装置は、可動物体に配置された１つ以上の磁気的なエンコード領域と、１つ以上の磁場検出器と、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を備えており、１つ以上の磁場検出器は、可動物体とともに移動する１つ以上の磁気的なエンコード領域が１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出するように構成され、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部は、検出信号に基づいて、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定するように構成される。
【０００７】
本発明の別の典型的な実施形態によると、可動物体の２つ以上のパラメータを測定可能なマルチパラメータ検出装置が提供され、該マルチパラメータ検出装置は、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定するために上記特徴をもつ角度検出装置と、別のパラメータの測定部と、を備えており、別のパラメータの測定部が、検出信号に基づいて可動物体を特徴付ける１つ以上の別のパラメータを測定するように構成される。
【０００８】
本発明の別の典型的な実施形態によると、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する方法が提供され、該方法は、可動物体とともに移動する１つ以上の磁気的なエンコード領域が１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、１つ以上の磁場検出器を用いて、１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出する工程と、検出信号に基づいて、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する工程を有する。
【０００９】
本発明の別の典型的な実施形態によると、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する角度検出装置を製造する方法が提供され、該方法は、１つ以上の磁気的なエンコード領域を可動物体に配置する工程と、１つ以上の磁場検出器を設ける工程と、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を設ける工程と、可動物体とともに移動する１つ以上の磁気的なエンコード領域が１つ以上の磁場検出器の周辺域を通る際に、１つ以上の磁場検出器を用いて、１つ以上の磁気的なエンコード領域によって生成される信号を検出する工程と、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部を用いて、検出信号に基づいて、可動物体の角度位置情報及び／又は角速度情報を測定する工程を有する。
【００１０】
本発明の別の典型的な実施形態によると、物体が提供され、該物体は、その周方向に沿って角度的に非対称の幾何学的配置とされ及び／又は物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ配置とされた、１つ以上の磁気的なエンコード領域を有する。
【００１１】
本発明の別の典型的な実施形態によると、物体の製造方法であって、１つ以上の磁気的なエンコード領域を、物体の周方向に沿って角度的に非対称な幾何学的配置とし及び／又は物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつ配置とする工程を有する。
【００１２】
本発明の別の典型的な実施形態によると、磁気的なエンコード領域を生成するために磁化可能要素を磁化させる装置が提供され、該装置は、磁化可能要素における２つ以上の異なる部分と電気的に接触させるための電気接続要素と、電気接続要素に接続されるとともに、磁化可能要素における２つ以上の異なる部分に、２つ以上の磁気的なエンコード領域を生成するために、２つ以上の電気信号を前記２つ以上の異なる部分に印加するように構成した電気信号供給部と、を備える。
【００１３】
本発明の別の典型的な実施形態によると、磁気的なエンコード領域を生成するために磁化可能要素を磁化させる方法が提供され、該方法は、磁化可能要素の２つ以上の異なる部分を電気信号供給部と電気的に接続する工程と、２つ以上の異なる磁気的なエンコード領域を、前記磁化可能要素の前記２つ以上の異なる部分に生成するために、前記電気信号供給部によって２つ以上の異なる電気信号を前記２つ以上の異なる部分に印加する工程を有する。
【００１４】
本発明の一実施形態は角度検出装置に関連し、これは、可動物体、例えば回転する物体であって、例えばその周方向の部分において、回転中に１つ以上の磁場検出器を通過する磁気的なエンコード領域を１つ以上有する物体の角度情報を検出できる。このような磁場検出器の１つを通過する際に磁気信号が生成され、例えば、それぞれの磁場検出器に誘起され、これらの磁場検出器は、必要に応じて他の磁気検出信号との組み合わせにおいて、回転対象物に関する相対角度情報を検出し、又は回転対象物に関する絶対角度情報さえも導出することができる。
【００１５】
角度検出装置はまた、例えば、時間依存の方法で角度位置を測定することにより、角速度情報を検出できる。角度の時間微分は角速度を表す。こうしてまた、速度情報は、角度検出装置を用いて測定できる。
【００１６】
好ましくは、磁気的なエンコード領域の非対称的配置が得られ、物体の回転中、時系列信号によって、回転物体の角度位置を測定できる。磁気的なエンコード領域の非対称的配置は、検出信号の非対称性をもたらす。例えば、そのような磁気的なエンコード領域の非対称的配置は、磁化可能物体の対応部分を非対称的に磁化させるか、又は、可動物体の周方向に沿って磁気的にエンコードされる部分を非対称的に配置させることによって得られる。
【００１７】
本発明の別の実施形態によると、マルチパラメータ検出技術が提供され、これによって、可動物体に関する複数の情報を同時に磁気検出することが可能となる。例えば、角度情報とは別に、速度情報及び／又はトルク情報をも検出でき、必要であれば、これらを組み合わせてもよい。例えば、回転物体の速度とトルクとの積は、可動物体に与えられる仕事率を示す。
【００１８】
本発明の別の実施形態によると、磁化可能要素を磁化させて磁気的なエンコード領域を生成するスキーム（仕組み）が提供され、複数の電気接続要素が磁化対象物の表面の異なる部分に接続される。そして各部に対して、個々の磁化スキームが、例えば、電流又は電圧で別々に適用される。その結果、磁化対象物の異なる表面領域には、磁場強度や極性等が異なる磁気的なエンコード領域が与えられる。これにより、磁化した物体についてユーザーが規定した磁化表面構造を生成でき、所望の磁気信号パターンを自在に生成できる。
【００１９】
次に、角度検出装置の別の典型的な実施形態を説明する。但し、これらの実施形態はまた、マルチパラメータ検出装置、角度位置情報の測定方法、物体の製造方法、磁化可能要素の磁化装置、及び磁化可能要素の磁化方法にも適用できる。
【００２０】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は、可動物体の周方向に沿って、角度的に非対称な幾何学的配置をとることができる。磁気的なエンコード領域を、可動物体の周方向の部分に沿ってのみ与えることで、磁気信号を磁場検出器によって検出でき、該信号は物体の回転時において時間的に異なる。こうして、時間依存性の信号パターンにより、非対称的配置に起因する角度情報を導出できる。
【００２１】
これに加えて、又は代替として、１つ以上の磁気的なエンコード領域は、可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもつように配置してもよい。つまり、磁気的なエンコード領域のプログラミング中又は生成中に、周方向に沿う磁気特性の非対称性が得られる。例えば、電流を発生させる磁気的なエンコード領域は、物体の周方向に沿って異なる極性の異なる強度をもって配置できる。
【００２２】
さらに、１つ以上の磁気的なエンコード領域は、可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる極性をもつように配置できる。例えば、正の電圧又は電流を、可動物体の表面の一部に与えて磁気的なエンコード領域を形成し、別の部分を磁化させるために、これとは異なる極性の電圧又は電流を、他の部分に与えることができる。この処置をとることで、特徴的パターンが角度センサーの周方向に沿って生成され、該角度センサーは磁場検出器の位置で、可動物体の現時点での角度位置を示す磁場センサー信号を生成できる。このような磁場検出器は、磁気的なエンコード領域が付設されるか又は一体に設けられた可動物体の周方向に沿って配置することができる。
【００２３】
角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部は、検出信号に基づいて、可動物体の絶対角度位置情報を測定するように構成できる。これは、１つの磁場検出装置によって生成される信号又は複数の磁場検出装置の組み合わせによって生成される信号が、特定の角度位置について一意となるように、物体の周囲に沿って磁気的なエンコード領域を置くことで達成される。これにより、信号及び角度位置の明確な割り当てが可能となる。
【００２４】
角度検出装置は更に可動物体を備えることができる。磁気的なエンコード領域は、可動物体の内部に設けてもよいし、また可動物体の表面に設けるか、あるいは取り外し可能な方法又は不可逆的な方法で可動物体の表面上に直接付設してもよい。
【００２５】
可動物体は、円形シャフト、管、ディスク、及び非円形状の物体（例えば、矩形状断面をもつ物体）からなる群のうちの少なくとも１つとされる。但し、これらの幾何学的形状は例示に過ぎない。
【００２６】
可動物体は、エンジンシャフト、往復移動可能な作業シリンダ、及びプッシュプルロッドからなる群のうちの少なくとも１つとされる。これらの適用の全てにおいて、このような位置、トルク、せん断力、及び／又は角度のセンサーは大いに有利であり、その理由は、高精度で信頼性の高い、力、位置、トルク、せん断力、及び／又は角度のセンサーを低コストで製造できるからである。特に、切削装置や穿孔装置に本発明のシステムを設けることができ、穿孔角度、穿孔方向、穿孔力の監視に使用できる。本発明の別の典型的な実施形態は、エンジンのノッキングの認識及び解析である。
【００２７】
角度検出装置は複数の磁場検出器を備えることができ、例えば、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の磁場検出器が物体の周囲に沿って対称的又は非対称的に配置される。
【００２８】
特に、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部は、複数の磁場検出器によって検出される磁気信号の同時解析に基づいて、可動物体の角度位置情報を測定するように構成される。こうして、複数の信号を組み合わせることにより、検出結果からアーチファクトを除去することができ、各種磁場検出装置の同時検出信号の組み合わせによって、可動物体の絶対角度位置を測定できる。特に、特定の時刻における異なる信号パターンの組み合わせは、この特定の時刻における絶対角度位置を導出することを可能にする一意の角度位置を示すものとされる。
【００２９】
複数の磁気的なエンコード領域は可動物体の周方向に沿って配置される。これにより、角度検出装置の現時点の角度位置を特定できる。
【００３０】
角度検出装置は、角度位置情報に基づいて可動物体の運動を制御するように構成した制御部を更に備えることができ、この角度位置情報は、角度位置情報及び／又は角速度情報の測定部によって制御部に提供される。このような制御部は、現時点で導出される角度位置情報に基づいて、可動物体の運動、特に回転を制御できる。こうして、フィードバック機構が与えられ、これによって可動物体の対象位置から偏差を補償するために、可動物体に対して、例えば駆動信号を自在に調整できるようになる。
【００３１】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は永久的な磁気領域とすることができる。用語「永久的な磁気領域」とは、外部磁場がなくなっても残留磁化をもつ磁化された材料に関連する。よって、「永久的に磁化された材料」には、強磁性材料、フェリ磁性材料等がある。このような磁気領域の材料は、鉄、ニッケル、又はコバルト等の３ｄ強磁性材料、あるいは希土類材料（４ｆ磁性）とされる。
【００３２】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は可動物体の長手方向に磁化された領域でもよい。よって、磁気的なエンコード領域の磁化方向は、可動物体の延びる方向を向いてこれに沿って配置できる。このような長手方向に磁化された領域についての製造方法は、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットにおいて、異なる見地で開示されており、別の磁化コイルを使用する。
【００３３】
あるいはまた、１つ以上の磁気的なエンコード領域は可動物体の周方向に磁化された領域である。このような周方向に磁化された部分については特に、１つ以上の磁気的なエンコード領域が第一の方向を向いた第一磁気流領域及び第二の方向を向いた第二磁気流領域によって形成され、かつ第一の方向が前記第二の方向と反対となるように適合される。
【００３４】
そして、磁気的なエンコード領域は、同心状の配置とされた２つの中空円筒状の構造として実現でき、２つの同心状配置の磁気流領域は基本的に、相互に直交することが好ましい。このような磁気構造は、後で詳述するＰＣＭＥ法、つまり、磁化可能材料で形成された可動物体に磁化電流を直接流すことにより作り出すことができる。２つの対向する磁気流部分を生成するために、電流パルスがシャフトに印加される。
【００３５】
記載した実施形態では、可動物体の断面において、第一の方向及び第一の半径をもつ第一環状磁気流と、第二の方向及び第二の半径をもつ第二環状磁気流が存在し、前記第一の半径が前記第二の半径よりも大きくされる。
【００３６】
特に、１つ以上の磁気的なエンコード領域が、第一電流パルスを磁化可能要素に印加する製造工程に従って形成され、この第一電流パルスは、磁化可能要素の長手方向の軸に沿う第一の方向に第一電流が流れるように印加され、第一電流パルスは、該第一電流パルスの印加によって磁化可能要素に磁気的なエンコード領域を生成する。
【００３７】
さらに、第二電流パルスを磁化可能要素に印加することができ、この第二電流パルスは、磁化可能要素の長手方向の軸に沿う第二の方向に第二電流が流れるように印加される。
【００３８】
第一電流パルス及び第二電流パルスの各々は立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジをもち、立ち上がりエッジが立ち下がりエッジよりも急峻とされる（図３０、３５参照）。
【００３９】
特に、第一方向が第二方向とは反対とされる。
【００４０】
磁化可能要素は、該磁化可能要素のコア領域を囲む周面を有することができる。さらに、第一電流パルスが前記周面における第一位置で前記磁化可能要素に導入されて、この第一電流が磁化可能要素のコア領域にて前記第一の方向に流れる。第一電流パルスは、前記周面における第二位置で前記磁化可能要素から放出することができる。この第二位置は前記第一の方向において前記第一位置から離れている。
【００４１】
特に、第二電流パルスは前記周面における第二位置で磁化可能要素に導入されて、第二電流が磁化可能要素のコア領域にて前記第二の方向に流れ、第二電流パルスは、前記周面において磁化可能要素から放出される。
【００４２】
前記第一電流パルスは、磁化可能要素の端面において磁化可能要素に印加されることがない。
【００４３】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は、可動物体の表面に付設された磁気的要素でもよい。よって、磁気的なエンコード領域を形成するために、外部要素を可動物体の表面に取り付けることができる。そのような磁気的要素は、（例えば、接着剤を用いて）接着により可動シャフトに固定するか、又はこれに代わって、磁気的要素の磁気力を使用して可動シャフトに固定してもよい。
【００４４】
磁気物体を可動物体に取り付ける代わりに、異なる磁気特性をもった材料を使用することもできる（例えば、ある材料が高い透磁率をもち、他の材料が低い透磁率をもつ）。磁気物体は、シャフト又はシリンダの外部から取り付けることができ、あるいはシリンダの内部に位置させることができる。
【００４５】
磁場検出器のいずれかは、可動物体の延びる方向と基本的に平行な方向を向いたコイル軸を有するコイルを備えることができる。さらに、磁場検出器のいずれかは、可動物体の延びる方向と基本的に直交する方向を向いたコイル軸を有するコイルとして実現してもよい。コイル軸と可動物体の延びる方向との間の任意の別の角度を向いたコイルも同様に使用可能である。あるいは、コイル、つまり、これを通る磁気流を変調することによって、移動する磁気的エンコード領域が誘導起電圧を生成させる当該コイルの代わりに、ホール効果プローブを、ホール効果を用いた磁場検出器として使用できる。あるいは、巨大磁気共鳴磁場センサー又は磁気共鳴磁場センサーを、磁場検出器として使用してもよい。しかし、他の任意の磁場検出器を用いて、各磁場検出器に対して充分に近接した磁気的エンコード領域の１つについてその存在又は不存在を（定性的又は定量的に）検出することができる。
【００４６】
次に、マルチパラメータ検出装置の典型的な実施形態について説明する。但し、この実施形態はまた、角度検出装置、角度位置情報の測定方法、角度検出装置の製造方法、物体、物体の製造方法、磁化可能要素の磁化装置、及び磁化可能要素の磁化方法にも適用できる。
【００４７】
１つ以上の別のパラメータは、（例えば往復時の）可動物体の位置、可動物体にかかるトルク、可動物体にかかる力、可動物体にかかるせん断力、可動物体の速度、及び可動物体の仕事率からなる群より選択できる。しかし、これらは、可動物体の相対的又は絶対的な角度位置の検出に追加して検出される可能なパラメータの一例に過ぎない。さらに、複数の同時検出可能なパラメータは、例えば、別のパラメータを導出するためにその後に処理される。例えば、推定速度と推定トルクとの積が、回転物体に与えられた仕事率を示す。
【００４８】
次に、角度検出装置の製造方法の典型的な実施形態について更に説明する。但し、これらの実施形態はまた、角度検出装置、マルチパラメータ検出装置、角度位置情報の測定方法、物体、物体の製造方法、磁化可能要素の磁化装置、及び磁化可能要素の磁化方法にも適用できる。
【００４９】
本方法は更に、可動物体の周方向に沿う角度に応じて異なる磁気的強度をもった、１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成する工程を含む。つまり、角度位置推定に用いる非対称性は、磁気的なエンコード領域の形成中に、直ちに生成できる。可動物体の周方向の異なる部分を非対称的に磁化させることで、磁気強度、つまり磁場検出装置によって測定される磁場検出信号の強度が、現時点での角度位置を示すように特徴的に変化することになる。
【００５０】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は、１つ以上の磁化物体に対して可動物体を非対称的に配置して、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することにより形成できる。例えば、磁化信号を可動物体に伝えることができる複数の異なる電気接点を、磁化可能な対象物の周方向に沿って不連続的又は非対称的に配置することができる。そして磁化信号を磁化対象物に印加する際に、構成の非対称性は、磁場分布もまた周方向に沿って変化するという結果をもたらす。
【００５１】
１つ以上の磁気的なエンコード領域は、１つ以上の磁化物体を可動物体で非対称的に囲み、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することによって形成できる。例えば、可動物体は中空管として実現され、磁化電流を供給可能なリードを、中空管の対称軸に関して偏心させた配置とすることができる。そして、リードと中空管の異なる表面部との間の距離が異なることで、磁化の際の磁場強度が中空管の周方向に沿って異なり、よって磁気的なエンコード領域の非対称的な構成が実現される。
【００５２】
さらに、１つ以上の磁気的なエンコード領域については、１つ以上の磁化物体を可動物体と非対称的に接触させて、磁化信号を前記１つ以上の磁化物体に印加することによって形成できる。一例では、４つの導電接点を、例えば円筒状可動物体の周面に接触させることができる。４つの接点の配置が周方向に沿って不連続的であるか又は対称的でない場合には、生成される磁場、延いては磁気的なエンコード領域の磁場特性が、可動物体の周方向に沿って異なり、よって可動物体の角度位置に明確に依存する検出可能信号が与えられる。
【００５３】
１つ以上の磁気的なエンコード領域から材料を非対称的に除去することによって、１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成できる。例えば、角度依存性をもつ信号を生成するために、溝、リセス又は凹部を、可動物体の周面に形成できる。
【００５４】
さらには、１つ以上の磁気的なエンコード領域に対して材料を非対称的に付加することによって、１つ以上の磁気的なエンコード領域を形成できる。例えば、可動物体の表面に対し、角度依存性をもつ磁気検出信号を生じさせる材料を付加する目的で、磁性材料の突出部を磁化可能な対象物の表面の一部に与えることができる。
【００５５】
次に、磁化可能要素を磁化させる装置の典型的な実施形態について説明する。但し、これらの実施形態はまた、角度検出装置、マルチパラメータ検出装置、角度位置情報の測定方法、物体、物体の製造方法、及び磁化可能要素の磁化方法にも適用できる。
【００５６】
電気接続要素は、電気接続要素の群を形成するように接続され、電気接続要素の各群が２つ以上の異なる部分の１つにそれぞれ割り当てられ、電気接続要素の群における電気接続要素の１つ以上は、それぞれの電気信号を電気信号供給部から各部分に導くように構成できる。そして、電気接続要素の群における電気接続要素の１つ以上は、それぞれの電気信号を前記各部分から前記電気信号供給部へと導くように構成できる。
【００５７】
この処置をとることで、磁化可能要素の異なる部分は、隣接部分の磁化特性の干渉を殆ど被ることなく個々に磁化される。異なる部分の磁化は同時に又は順次に行える。こうして、磁場特性の複雑なパターンであっても、磁化される対象物の表面に形成することができる。
【００５８】
特に、磁気的なエンコード領域は、可動物体の２つ以上の部分において異なる磁気的強度をもって及び／又は可動物体の２つ以上の部分において異なる磁極をもって形成できる。
【００５９】
磁化可能要素の表面の平面投影において、磁気的なエンコード領域の磁気強度及び／又は極性がチェス盤状の構造をなすように、装置は、管状の磁化可能要素を磁化させる構成とすることができる。こうして、異なる極性及び異なる強度をもった様々な領域が、互いに隣接して設けられる。例えば、チェス盤の「黒」領域は、正の極性をもつ部分で形成し、チェス盤の「白」領域は、負の極性をもつ部分で形成することができる。
【００６０】
本発明の上記態様及び他の態様、目的、特徴及び利点については、同一の部分又は要素を同一の参照符号で示した添付図面と併せて、以下の説明及び添付請求項から明らかとなる。添付図面は、本発明をより深く理解するために含まれ、明細書の一部をなしており、本発明の実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
シャフトのようなセンサー素子を持つセンサーが開示され、該センサー素子は、以下の製造ステップに従って製造できる。
第一電流パルスをセンサー素子に印加し、
第一電流パルスは、センサー素子の長手方向の軸に沿った第一方向に第一電流が流れるように加えられ、
第一電流パルスは、この電流パルスを加えることによって、センサー素子に磁気的なエンコード領域を生成する。
【００６２】
更に別の第二電流パルスをセンサー素子に加えてもよいことを開示する。この第二電流パルスは、センサー素子の長手方向の軸に沿った方向に第二電流が流れるように加えられる。
【００６３】
第一及び第二電流パルスの方向が互いに反対でもよいことを開示する。また、第一及び第二電流パルスの各々が立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジを持つ。例えば、立ち上がりエッジは立ち下がりエッジより急峻である。
【００６４】
電流パルスを加えることにより、センサー素子内に磁場構造がもたらされ、該構造は、センサー素子の断面図において、第一方向をもつ第一の環状磁気流と、第二の方向をもつ第二磁気流が存在するものとされる。第一磁気流の半径は、第二磁気流の半径より大きくてもよい。円形でない断面をもつシャフトにおいては、磁気流が必ずしも円形でなく、基本的に、それぞれのセンサー素子の横断面に対応してこれに適合する形状を有する。
【００６５】
トルクをセンサー素子に加えない場合、外部で検出できる磁場がないか、又は基本的に磁場が存在しないと考えられる。トルク又は力がセンサー素子にかかる時に、適切なコイルによって、検出できる磁場がセンサー素子から発生する。これについて、以下に詳述する。
【００６６】
トルクセンサーは、センサー素子のコア領域を取り囲む周面を持つ。第一電流パルスは、センサー素子のコア領域内の第一方向に第一電流が流れるように、周面の第一位置でセンサー素子に導入される。第一電流パルスは周面の第二位置でセンサー素子から放出される。この第二位置は、第一方向において第一位置から離れている。第二電流パルスは、センサー素子のコア領域内又は該コア領域の近傍で第二方向に第二電流が流れるように、周面の第二位置又は第二位置の近傍でセンサー素子に導入してもよい。第二電流パルスは、周面の第一位置又は第一位置の近傍でセンサー素子から放出される。
【００６７】
既述のように、センサー素子はシャフトでもよい。そのようなシャフトのコア領域については、該コア領域がシャフトの中心を取り囲むように、長手方向に延びてシャフト内部に亘ってもよい。シャフトの周面はシャフトの外表面である。第一位置及び第二位置はそれぞれ、シャフトの外側の周領域にある。それらの領域を構成する限定された数の接触部分があってもよい。実際の接触領域は、例えば、電極としての、真鍮リングで形成された電極領域を設けることによって与えられる。また、導体のコアについては、絶縁なしのケーブルのような導体とシャフトとの間に良好な電気的接触を与えるために、シャフトの周りでループ状にされてもよい。
【００６８】
第一電流パルスや第二電流パルスは、センサー素子の一端面でセンサー素子に加えられない。第一電流パルスは、４０から１４００アンペア、又は６０から８００アンペア、又は７５から６００アンペア、又は、８０から５００アンペアの間の最大値をもつ。電流パルスは、適切なエンコーディングがセンサー素子になされるように最大値を持ってもよい。但し、センサー素子についての各種使用材料及び各種形状及びセンサー素子の様々な大きさのために、電流パルスの最大値は、これらのパラメータに従って調節される。第二電流パルスは、同様の最大値を持ってもよいし、又は第一の最大値より約１０、２０、３０、４０、又は５０％小さい最大値を持ってもよい。しかしながら、第二電流パルスはまた、第一の最大値より約１０、２０、４０、５０、６０、又は８０％高くされた、高めの最大値を持ってもよい。
【００６９】
これらのパルスの持続時間は同じであってもよい。しかしながら、第一パルスが第二パルスより充分に長い持続時間を持つことは可能である。あるいは、第二パルスが第一パルスより長い持続時間を持つこともまた可能である。
【００７０】
第一電流パルス及び／又は第二電流パルスは、パルスの開始から最大値までの第一持続時間を持ち、そして最大値から基本的にパルスの終了までの第二持続時間を持つ。第一持続時間は第二持続時間よりも十分に長くてもよい。例えば、第一持続時間は３００ｍｓより短くてもよく、第二持続時間は３００ｍｓより長くてもよい。しかし、第一持続時間が２００ｍｓより短いのに対し、第二持続時間が４００ｍｓより長いこともまた可能である。また、第一持続時間が２０ｍｓから１５０ｍｓの間にあってもよく、その場合、第二持続時間は１８０ｍｓから７００ｍｓの間にあってもよい。
【００７１】
既述のように、複数の第一電流パルスのみでなく複数の第二電流パルスを加えることも可能である。センサー素子を鋼鉄で作ってもよく、その鋼鉄がニッケルを含んでもよい。一次側センサー、つまり、センサー素子に使用するセンサー材料は、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。
【００７２】
第一電流パルスは、少なくとも第一電極及び第二電極を持つ電極システムによって、加えられる。第一電極は第一位置か又は第一位置の近傍に配置され、そして第二電極は第二位置か又は第二位置の近傍に配置される。
【００７３】
第一電極及び第二電極の各々は複数の電極ピンを持ってもよい。第一電極及び第二電極の各々において、複数の電極ピンは、センサー素子の周りで円周方向に配置され、センサー素子が、第一位置及び第二位置でシャフトの外周面における複数の接触点で第一電極及び第二電極の電極ピンにより接触される。
【００７４】
上記したように、電極ピンの代わりに、層状又は２次元の電極表面を用いてもよい。例えば、電極表面は、電極とシャフト材料との間の良好な接触を保証するように、シャフトの表面に適用される。
【００７５】
第一電流パルスの少なくとも１つ及び第二電流パルスの少なくとも１つをセンサー素子に加えてもよく、それによって、センサー素子が磁気的にエンコードされた領域を持ち、センサー素子の表面に対して基本的に垂直な方向において、センサー素子の磁気的にエンコードされた領域は、第一磁気流が第一方向で、第二磁気流が第二方向となるように磁場構造を持つ。第一方向は第二方向とは反対とされる。
【００７６】
センサー素子の断面図において、第一方向及び第一半径をもつ第一環状磁気流が生じ、そして第二方向及び第二半径をもつ第二環状磁気流が生じる。第一半径は第二半径より大きくてもよい。
【００７７】
更に、センサー素子は、第一位置の近傍に第一ピン止めゾーンを持ち、そして第二位置の近傍に第二ピン止めゾーンを持ってもよい。
【００７８】
ピン止めゾーンは次の製造方法に従って形成できる。この方法によると、第一位置又は第一位置の近傍に第一ピン止めゾーンを形成するためには、第二方向に第三電流が流れるように、第三電流パルスをセンサー素子の周面に加える。この第三電流は、第二方向において第一位置から離れた第三位置でセンサー素子から放出される。
【００７９】
また、第二位置又は第二位置の近傍に第二ピン止めゾーンを形成するために、第一方向に第四電流が流れるように、第四電流パルスを周面でセンサー素子に加えてもよい。この第四電流は、第一方向において、第二位置から離れた第四位置で放出される。
【００８０】
トルクセンサーは、磁気的にエンコードされた領域を持つ第一センサー素子を含んで提供され、この第一センサー素子は１つの表面を持つ。第一センサー素子の前記表面に対して基本的に垂直な方向において、第一センサー素子の磁気的にエンコードされた領域は、第一磁気流が第一方向とされ、そして第二磁気流が第二方向とされるように磁場構造を持つことができる。第一方向及び第二方向は互いに反対とされる。
【００８１】
トルクセンサーは更に、１つ以上の磁場検出器を用いた第二センサー素子を含んでもよい。この第二センサー素子は、磁気的にエンコードされた領域における変動（変化量）を検出するように構成される。より正確には、第二センサー素子は、第一センサー素子の磁気的にエンコードされた領域から出る磁場の変動を検出するように構成される。
【００８２】
磁気的にエンコードされた領域は、第一センサー素子の一部に沿って長手方向に延びるが、第一センサー素子の一端面から当該第一センサー素子の他端面にまで広がってはいない。換言すると、磁気的にエンコードされた領域は、第一センサー素子の全てに沿って延びるのではなく、その一部分に沿って延びるだけである。
【００８３】
第一センサー素子は、第一センサー素子の材料における変化をもち、これは、磁気的にエンコードされた領域を変えるために、又は磁気的にエンコードされた領域を生成するために、第一センサー素子に加えられる、少なくとも１つの電流パルス又はサージ電流によって引き起こされる。そのような材料の変化は、例えば、電流パルスを加える電極システムと各センサー素子の表面との間の異なる接触抵抗によって、引き起こされる場合がある。そのような変化は、例えば、焦げ跡、色の違い、又は焼きなまし痕等である。
【００８４】
上記変化はセンサー素子の外表面にあり、第一センサー素子の端面にはないが、それは、電流パルスがセンサー素子の外表面に印加され、その端面には印加されないからである。
【００８５】
磁気センサーのためのシャフトは、その横断面において、反対方向に走る少なくとも２つの環状磁気ループを持つことができる。そのようなシャフトは、上述の製造方法に従って製造される。
【００８６】
更に、シャフトは、同心円状に配置された少なくとも２つの環状磁気ループを持つように提供される。
【００８７】
トルクセンサーのためのシャフトは、以下の製造ステップに従って製造されて提供され、先ず、第一電流パルスがシャフトに印加される。この第一電流パルスは、シャフトの長手方向の軸に沿った第一方向に第一電流が流れるようにシャフトに印加される。第一電流パルスは、該電流パルスを加えることにより、シャフト内に磁気的にエンコードされた領域が生成されるように加えられる。これは、上述の電極システムを使用することによって、そして上述の電流パルスを加えることで行われる。
【００８８】
電極システムは、トルクセンサーのためのセンサー素子に電流サージを加えるために提供でき、電極システムは少なくとも第一電極及び第二電極を持ち、第一電極はセンサー素子の外表面の第一位置に設置される。第二電極はセンサー素子の外表面の第二位置に設置される。第一電極及び第二電極は、第一位置及び第二位置において、少なくとも１つの電流パルスを印加し、そして放出するように構成され、それにより、センサー素子のコア領域内に電流が流れる。少なくとも１つの電流パルスによって、磁気的にエンコードされた領域がセンサー素子の一部分に生成される。
【００８９】
電極システムは、少なくとも２つのグループの電極を含んでもよく、その各々が複数の電極ピンを含む。各電極の電極ピンは１つの円上に配置され、センサー素子は、該センサー素子の外面における複数の接触点で該電極の電極ピンと接触する。
【００９０】
尚、センサー素子の外表面にはセンサー素子の端面を含まない。
【００９１】
図１は、本発明によるトルクセンサーの１つの典型的な実施形態を示す。トルクセンサーは、長方形の横断面をもつ第一センサー素子、つまりシャフト２を含む。第一センサー素子２は、基本的にＸで示した方向に沿って延びる。第一センサー素子２の中央部には、エンコードされた領域４が存在する。第一位置は参照符号１０で示され、エンコードされた領域の一端部を示し、そして第二位置は参照符号１２で示され、エンコード領域、つまり、磁気的にエンコードすべき領域４の他端部を示す。矢印１４及び１６は、電流パルスを加えることを示している。図１に示すように、第一電流パルスは第一位置１０の隣又は近くの外側領域で第一センサー素子２に加えられる。例えば、後で詳述するように、第一位置の近くにあって、例えば第一位置１０に沿って第一センサー素子２の外面を囲む複数の点又は領域で、電流が第一センサー素子２に導入される。矢印１６で示すように、電流パルスは、例えばエンコードされるべき領域４の端部に沿った複数の場所で第二位置１２の近く又は隣、又はその場で第一センサー素子２から放出される。既述のように、複数の電流パルスを、位置１０から位置１２へ、又は位置１２から位置１０へと交互に変わる方向をもって連続して加えてもよい。
【００９２】
参照符号６は、第二センサー素子を示しており、これは、例えば制御回路８に接続されたコイルである。この制御回路８は、第二センサー素子６による信号出力を更に処理するように構成され、出力信号は、第一センサー素子２に加えられ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はアナログ回路又はデジタル回路でもよい。第二センサー素子６は、第一センサー素子のエンコードされた領域４から出る磁場を検出するように構成される。
【００９３】
既述のように、第一センサー素子２に加えられる応力又は力が存在しない場合には、第二センサー素子６により検出される磁場は基本的に存在しない。しかしながら、応力又は力が第一センサー素子２に加えられる場合、エンコードされた領域から出る磁場に変化があり、殆ど磁場が存在しない状態からの磁場の増加が第二センサー素子６により検出されるようになる。
【００９４】
本発明の他の典型的な実施形態によると、たとえ第一センサー素子に加えられる応力が存在しない場合でも、第一センサー素子２のエンコードされた領域４の外部又は近傍で検出可能な磁場が存在し得ることに注意を要する。しかしながら、第一センサー素子２に加えられる応力が、エンコードされた領域４から出る磁場の変化を引き起こすことに注意すべきである。
【００９５】
次に、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、及び４を参照して、本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーの製造方法を説明する。特に、本方法は第一センサー素子２の磁気的にエンコードされた領域４の磁化に関する。
【００９６】
図２Ａから分るように、電流Ｉが磁気的にエンコードされる領域４の一端部に加えられる。既述したこの端部は参照符号１０で示され、そして第一センサー素子２の外表面の周面部であってもよい。電流Ｉは、磁気的なエンコード領域（つまり、磁気的にエンコードされるべき領域）の別の端部で第一センサー素子２から放出され、その端部は参照符号１２により示され、これは第二位置と呼ばれる。電流は、第一センサー素子からその外面で、例えば、位置１２の近くか又は近傍の領域において、周方向に第一センサー素子から取り出される。位置１０と１２の間の破線で示すように、位置１０で又は位置１０に沿って第一センサー素子に導入された電流Ｉは、コア領域を通って又はコア領域に対して平行に位置１２へと流れる。換言すると、電流Ｉは第一センサー素子２内のエンコードされるべき領域４を通って流れる。
【００９７】
図２Ｂは、ＡＡ’に沿った断面図を示す。図２Ｂの概略図において、電流は×印で図２Ｂの平面内に示されている。ここで、電流は、第一センサー素子２の横断面の中心部に示される。上述の又は以下に記述される形状をもち、そして上述の又は以下に記述される最大値を持つ電流パルスの導入によって、断面図における１つの方向、ここでは時計回り方向に、磁気流方向をもつ磁気流構造２０が生じる。図２Ｂに示す磁気流構造２０は、基本的に円形で描かれている。しかしながら、磁気流構造２０は、第一センサー素子２の実際の断面に適合し、例えば、より楕円的であってもよい。
【００９８】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の１つの典型的な実施形態による方法のステップを示し、これは図２Ａ及び２Ｂに示したステップの後に適用できる。図３Ａは、第二電流パルスを加える本発明の１つの典型的な実施形態に従った第一センサー素子を示し、そして図３Ｂは、第一センサー素子２のＢＢ’に沿った断面図を示す。
【００９９】
図３Ａから分るように、図２Ａに比較して、図３Ａにおいて、矢印１６で示す電流Ｉは、位置１２又はその近傍でセンサー素子２に導入され、そして位置１０又はその近傍でセンサー素子２から放出され、つまり取り出される。換言すると、電流は図３Ａにおいて、図２Ａで導入された場所で放出され、その逆もまた成立する。このように、図３Ａにおける第一センサー素子２への電流Ｉの導入及び放出によって、図２Ａにおける各電流とは反対に、磁気的にエンコードされる領域４を通る電流が生じる。
【０１００】
図３Ｂにおいて、電流はセンサー素子２のコア領域に示されている。図２Ｂと図３Ｂとの比較から分るように、磁気流構造２２は、図２Ｂにおける磁気流構造２０とは反対の方向をもつ。
【０１０１】
前記したように、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、及び３Ｂに示すステップを、個別に適用し、又は互いに継続的に適用してもよい。最初に図２Ａ及び２Ｂに示すステップが行われ、次に図３Ａ及び３Ｂに示すステップが行われる場合、図４に示すエンコードされた領域４での断面図に示す磁気流構造がもたらされる。図４から分るように、２つの磁気流構造２０及び２２はともに、エンコード領域内にエンコードされる。こうして、第一センサー素子２の表面に対して基本的に垂直な方向において、センサー素子２のコアに向かう方向に、第一磁気流が第一方向をもち、そしてその下層で第二磁気流が第二方向をもつことになる。図４に示すように、磁気流の方向は互いに反対とされる。
【０１０２】
従って、第一トルクセンサー素子２にトルクが加わらない場合には、２つの磁気流構造２０及び２２が相殺し、エンコード領域の外部では基本的に磁場が存在しない。しかしながら、応力又は力が第一センサー素子２に加わる場合に、磁気流構造２０及び２２は相殺を止め、エンコード領域の外部に磁場が生じ、これが第二センサー素子６により検出される。これについて、以下に詳述する。
【０１０３】
図５は、本発明の１つの典型的な実施形態による第一センサー素子２について別の典型例を示すが、これは、本発明の１つの典型的な実施形態に従った製造方法により製造される、１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーに使用してもよい。図５から分るように、第一センサー素子２は、エンコード領域４を有し、該領域は、例えば、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、及び４に示すステップ及び配置に従ってエンコードされる。
【０１０４】
位置１０及び１２の近傍に、ピン止め領域４２及び４４を配置する。これらの領域４２及び４４は、エンコード領域４の不安定化を回避するために設けられる。換言すれば、ピン止め領域４２及び４４によって、エンコード領域４の開始位置と終了位置を、より明確化できる。
【０１０５】
要するに、第一ピン止め領域４２は、例えば、図２Ａを参照して記述されたのと同じ方法で、第一位置１０の近く又は近傍で電流３８を第一センサー素子２に導入することにより形成される。しかしながら、電流Ｉは、位置１０の近く、又はその位置でエンコード領域の端部から離れた第一位置３０において、第一センサー素子２から放出される。この追加の場所は参照符号３０により示される。この追加の電流パルスＩの導入は、矢印３８で示され、そして、その放出については矢印４０で示している。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。
【０１０６】
第二ピン止め領域４４を形成するために、電流は、位置１２の近く、つまりその近傍でエンコード領域４の端部から離れた位置３２で第一センサー素子２に導入される。それから、電流は、位置１２又はその近くで第一センサー素子２から放出される。電流パルスＩの導入については、矢印３４及び３６で示す。
【０１０７】
ピン止め領域４２及び４４は、例えば、これらのピン止め領域４２及び４４の磁気流構造が、近接したエンコード領域４における、それぞれに近接する磁気流構造とは反対の方向をもつ。図５から分るように、ピン止め領域については、コーディング、つまりエンコード領域４の完全なコーディングの後で、第一センサー素子２にコード化される。
【０１０８】
図６は、本発明の別の典型的な実施形態を示すが、この場合、エンコード領域４が存在しない。換言すれば、本発明の１つの典型的な実施形態によると、ピン止め領域については、磁気的にエンコードされる領域４を実際にエンコーディングする前に、第一センサー素子２にコード化される。
【０１０９】
図７は、本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーのための第一センサー素子２を製造する方法について、単純化したフローチャートを示す。
【０１１０】
ステップＳ１での開始後、方法はステップＳ２に続き、ここで図２Ａ及び２Ｂを参照して記載したように、第一パルスが加えられる。それから、ステップＳ２の後で、方法はステップＳ３に続き、図３Ａ及び３Ｂを参照して記載したように、第二パルスが加えられる。
【０１１１】
そして方法はステップＳ４に続き、ピン止め領域を第一センサー素子２にコード化すべきか否かが判定される。ステップＳ４において、ピン止め領域がないと決定された場合に、方法はステップＳ７に続き、そこで終了する。
【０１１２】
ステップＳ４において、ピン止め領域を第一センサー素子２に対してコードすべきであると決定された場合に、方法はステップＳ５へと続き、第三パルスが矢印３８及び４０で示す方向でピン止め領域４２に加えられるとともに、矢印３４及び３６で示す方向でピン止め領域４４に加えられる。それから、方法はステップＳ６へと続き、第四パルスがそれぞれのピン止め領域４２及び４４に加えられる。ピン止め領域４２に対して、第四パルスは、矢印３８及び４０で示した方向と反対の方向で加えられる。また、ピン止め領域４４に対して、第四パルスが、矢印３４及び３６と反対の方向をもつピン止め領域に加えられる。それから、方法はステップＳ７に続き、そこで終了する。
【０１１３】
換言すれば、例えば、２つのパルスが磁気的にエンコードされる領域４のエンコード化のために印加される。これらの電流パルスは、例えば反対の方向をもつ。更に、それぞれ対応する方向をもつ２つのパルスは、ピン止め領域４２に加えられ、そしてピン止め領域４４に加えられる。
【０１１４】
図８は、磁気的にエンコードされる領域４及びピン止め領域に加えられるパルスの電流対時間図を示す。図８のｙ軸の正方向が、ｘ方向への電流を示し、そして図８のｙ軸の負方向が、ｙ方向への電流を示している。
【０１１５】
図８から分るように、磁気的なエンコード領域４のコーディングのために、最初にｘ方向への電流パルスを加える。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、立ち上がりエッジの持続時間に比較して比較的長い持続時間を持つ。図８に示すように、パルスは約７５アンペアの最大値を持ってもよい。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更に急傾斜であるか、又は短い持続時間を持つべきである。
【０１１６】
それから、第二パルスは反対の方向をもって、エンコード領域４に加えられる。該パルスは、第一パルスと同じ形状をもってもよい。しかしながら、第二パルスの最大値はまた、第一パルスの最大値と異なってもよい。パルスの周辺形状は異なっていてもよい。
【０１１７】
図８のプログラム方式は特に、初めて磁化されるシャフトに適切である。
【０１１８】
それから、ピン止め領域のコーディングのために、第一及び第二パルスに類似したパルスが、図５及び６に関連して記述したように、ピン止め領域に加えられる。そのようなパルスは、ピン止め領域に同時に加えてもよいし、また、各々のピン止め領域に連続して加えてもよい。図８に示すように、パルスは第一及び第二パルスと基本的に同じ形状をもってもよい。但し、その最大値はさらに小さくてもよい。
【０１１９】
図９は、本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーの第一センサー素子について別の典型的な実施形態を示しており、磁気的なエンコード領域４をコード化するために、電流パルスを加える電極配置を示す。図９から分るように、絶縁されていない導体は第一センサー素子２の周りにループ状にされてもよく、その場合、この第一センサー素子２は、図９から分るように円形の横断面をもつ円形シャフトとされる。導体が第一センサー素子２の外表面に密着することを保証するためには、導体を矢印６４で示すようにクランプしてもよい。
【０１２０】
図１０Ａは、本発明の１つの典型的な実施形態による第一センサー素子の別の典型的な実施形態を示す。更に、図１０Ａは、本発明の１つの典型的な実施形態による電極システムの別の典型的な実施形態を示す。図１０Ａに示す電極システム８０及び８２は、第一センサー素子２に接触し、該素子は、２つの接触点を持つ三角形の横断面を有している。これらの接触点は、領域４、即ち、磁気的なエンコード領域としてエンコードされるべき領域の各側面において、三角形状の第一センサー素子の各面に付設される。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。個々の接触点は互いに接続されてから１つの個々の接触点に接続される。
【０１２１】
電極システムと第一センサー素子２との間の接触点が限定された数のみであって、そして印加する電流パルスが非常に大きい場合には、電極システムの接点と第一センサー素子２との間の異なる接触抵抗によって、電極システムの接触点で第一センサー素子２に焦げ跡をもたらす場合がある。これらの焦げ跡９０は、変色であったり、溶接斑点であったり、焼きなまし箇所であったり、又は単なる焦げ跡である。本発明の１つの典型的な実施形態では、接触点の数を増やすか、又はそのような焦げ跡９０を回避するような接触表面が設けられる。
【０１２２】
図１１は、本発明の１つの典型的な実施形態による円形横断面をもつシャフトである第一センサー素子２について別の典型的な実施形態を示す。図１１から分るように、磁気的なエンコード領域は、第一センサー素子２の一端寄りの領域にある。本発明の１つの典型的な実施形態によると、磁気的なエンコード領域４は、第一センサー素子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１つの典型的な実施形態によると、電流パルスは第一センサー素子２の外周面から加えられるが、第一センサー素子２の端面１００から印加されないことに注意を要する。
【０１２３】
次に、所謂ＰＣＭＥ（「Ｐｕｌｓｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ−Ｅｎｃｏｄｉｎｇ」、パルス電流変調エンコーディング）センシング技術について詳述する。それは、本発明の好ましい一実施形態によると、本発明によって、部分的に消磁される、磁化可能物体を磁化するために実施できる。以下、ＰＣＭＥ技術は、トルク検出との関連で部分的に記述される。しかしながら、この概念は位置検出との関連でも同様に用いられる。
【０１２４】
この記述では、多数の頭字語が使用されるが、そうしないと多くの説明及び記述が読みにくくなるからである。頭字語「ＡＳＩＣ」、「ＩＣ」、及び「ＰＣＢ」が既に市場標準の定義である一方で、特に磁歪に基づくＮＣＴセンシング技術に関係する多くの用語がある。この記述で、ＮＣＴ技術、又はＰＣＭＥへの言及がある場合に、それは本発明の典型的な実施形態に参照されることに注意を要する。
【０１２５】
表１は、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。
【０１２６】
【表１】
2009500637.tif 000003
表１：省略形のリスト
【０１２７】
磁気法則に基づく機械的応力の検出技術によって、強磁性材料が使用される場合に応用できる広範囲の「物理パラメータセンサー」（力センシング、トルクセンシング、及び材料診断解析等）を設計して、生産できる。「磁気法則に基づく」センサー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）、材料の透磁率変化の測定、そして磁歪効果の測定である。
【０１２８】
過去２０年以上、多数の様々な会社が、磁気的原理に基づくトルクセンサー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彼等自身の、そして非常に特殊な解決方法を開発してきた（即ち、ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、Ｆｒａｕｅｎｈｏｆｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、その他）。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」、達成できる性能、システムの信頼性、そして製造価格及びシステム価格において異なる。
【０１２９】
これらの技術のあるものは、トルクが測定されるべきシャフトに対して、機械的な変化を加えるか（シェブロン）、又は機械的な捩じれ効果（トルクで捩じれる長いシャフトを必要とする）に依存するか、又は何かがシャフト自身に付着すること（シャフト表面へのある特性を持つリングの圧入）、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要求する。これまで誰も、厳しい性能許容値を達成して、（殆ど）あらゆるシャフトサイズに応用でき、そして既存の技術特許に基づかないところの大量生産工程を達成し得なかった。
【０１３０】
次に、磁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説明する。これは以前に利用不可能であった非常に膨大な新しい特長及び改良された性能をユーザーに提供する。この技術は、充分に統合された（小さい空間で）、実時間（高い信号バンド幅）でのトルク測定を可能にし、それは信頼性があり、そして望まれる量が如何なる量であっても、手ごろな値段で生産できる。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）、又は磁歪横方向トルクセンサーと呼ばれる。
【０１３１】
ＰＣＭＥ技術は、シャフトに機械的変化を与えずに、又はシャフトに何も付着しないでシャフトに適用できる。最も重要なことは、ＰＣＭＥ技術が任意のシャフト直径に応用でき（殆どの他の技術はこの点で限界を持つ）、そしてエンコーディング工程の間、シャフトを回転させ又はスピンさせる必要がなく（非常に簡単で低価格な製造工程）、これによって、この技術は大量生産の用途で大いに応用可能である。
【０１３２】
次に、磁場構造（センサー原理）について説明する。
【０１３３】
センサーの寿命は、「閉ループ」磁場設計に依存する。ＰＣＭＥ技術は、互いの上に形成され、反対方向に走っている２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（別名センサーホスト、又はＳＨ）に加わらない時、ＳＨは磁気的に中性に振舞う（ＳＨの外部で磁場は全く検出されない）。
【０１３４】
図１２は、２つの磁場がシャフト内に生じ、閉じた円内を走っている様子を示す。外側の磁場は１つの方向に走るのに対し、内側の磁場はその反対方向に走る。
【０１３５】
図１３は、ＰＣＭＥセンシング技術が、互いに接近してできる２つの逆方向円形磁場ループを使用することを示している（ピギーバックモード）。
【０１３６】
機械的応力（往復運動又はトルク等）が、ＰＣＭＥで磁化されたＳＨ（センサーホスト又はシャフト）の両端に加えられる場合に、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に全く加わらない時、磁束線はその本来の経路内で走る。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依存して（ＳＨに関して、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。磁束線が磁気的なエンコード領域の境界に到達すると、上層からの磁束線が下層からの磁束線と繋がり、その逆もまた同様である。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。
□機械的応力がＳＨに加えられる場合の、減少した（殆ど排除された）寄生磁場構造（これは、良好なＲＳＵ性能をもたらす）。
□より高いセンサー出力信号勾配。これは、機械的な応力に関係する信号を発生するときに、互いに補足し合う２つの「アクティブな」層があることによる。
説明：単層センサー設計を用いる場合、エンコーディング領域境界を出る「傾いた」磁束線は、１つの境界側から他の側へ「帰り道」を作らなければならない。この労力は、どれだけの信号が二次側センサーユニットを用いてＳＨの外部で検出され、そして測定されるために使用できるかに影響する。
□ＰＣＭＥ技術が応用されるＳＨ（シャフト）の大きさには殆ど制限がない。２層磁場構造は、如何なる中実の又は中空のシャフトの大きさにも応用できる。
□物理的な大きさ及びセンサー性能が非常に広い範囲でプログラム可能であり、従って対象となる用途に合わせられる。
□このセンサー設計によって、シャフトに加えられる直線方向の力を含む、全ての３次元軸に生じる機械的応力の測定が可能となる（負荷セルとして応用可能）。説明：初期の磁歪センサー設計（例えば、ＦＡＳＴテクノロジーによる設計）は、２次元軸のみに感度をもつように制限されており、直線上の力を測定できなかった。
【０１４０】
図１５を参照すると、トルクがＳＨに加わった場合、２つの逆方向の環状磁気ループの磁束線はセンサー領域の境界で互いに接続している。
【０１４１】
機械的トルク応力がＳＨに加わると、磁場はもはや円の中で回らず、加えられたトルク応力に比例して幾分傾く。これは１つの層の磁場線を他の層の磁場線に接続させ、そしてこれによって、トロイダル形状を形成する。
【０１４２】
図１６を参照すると、これは、高レベルのトルクがＳＨに加わる場合、如何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について誇張した表現で示している。
【０１４３】
次に、ＰＣＭエンコーディング（ＰＣＭＥ）工程の特長及び利点について説明する。
【０１４４】
本発明によるＮＣＴＥからの磁歪ＮＣＴセンシング技術は、以下に示す高性能センシング特性を提供する。
□センサーホストには、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）。
□センサーホストに何も取り付ける必要がない（従って、シャフトが寿命になるまで、何も外れ落ちることがなく、変化することがない。即ち、ＭＴＢＦが長い。）。
□測定中、ＳＨは、あらゆる所望の速度で回転でき、往復運動ができ、又は動くことができる（ｒｐｍに制限なし）。
□非常に良好なＲＳＵ（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ：回転信号一様性）性能。
□卓越した測定の線形性（ＦＳの０．０１％まで）。
□高い測定再現性
□非常に高い信号分解能（１４ビットより良い）。
□非常に広い信号帯域幅（１０ｋＨｚより良い）。
【０１４５】
選択した磁歪センシング技術のタイプ及び選択された物理的なセンサー設計に応じて、機械的パワー伝達シャフト（別名「センサーホスト」又はこれを短くした「ＳＨ」）は、それに如何なる機械的な変更をも加えることなく、また、シャフトに何ものをも付着せずに「そのままで」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、シャフトを自由に、任意の所望の速度で両方向において回転できる。
【０１４６】
本発明の１つの典型的な実施形態によって、ここで記述されるＰＣＭエンコーディング（ＰＣＭＥ）製造工程は、如何なる他の磁歪技術も提供できない追加的な特長を提供する（本技術のユニーク性）。
□別の磁歪エンコーディング工程（ＦＡＳＴの「ＲＳ」工程等）と比較して３倍より大きい信号強度。
□容易で、簡単なシャフト装填工程（高い製造処理量）。
□磁気エンコーディング工程中に動く構成部品がないこと（複雑でない製造装置、即ち長いＭＴＢＦ及び低価格）。
□工程は１パーセント以下の目標精度を達成するために、ＮＣＴセンサーの「微調整」を可能にする。
□製造工程は同一の工程サイクルにおいて、シャフトの「前処理」及び「後処理」を可能にする（高い製造処理量）。
□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、従って全てのシャフト径やチューブ径に応用可能である。
□ＰＣＭエンコーディング工程は、ＳＨが既に組み立てられていても適用できる（接近可能性に依存する）（保守のし易さ）。
□軸方向シャフト運動に敏感でない最終センサー（実際に許容される軸方向シャフト運動は磁気的なエンコード領域の物理的な「長さ」に依存する）。
□磁気的にエンコードされたＳＨは、中性のままであり、力（トルク等）がＳＨに加えられないときには、殆ど無磁場である。
□全ての３次元軸において、機械力に敏感である。
【０１４７】
次に、ＳＨにおける磁束分布について説明する。
【０１４８】
ＰＣＭＥ処理技術は、強磁性材料の望ましい、永久的な磁気エンコーディングを達成するために、ＳＨ（センサーホスト又はシャフト）を通して流れる電流を使用することに基づいている。望ましいセンサー性能及び特性を得るためには、非常に特殊で良好に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、どのようにして少量のＤＣ電流と大量のＤＣ電流が導体を流れるかについての理解に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達シャフトであり、別名センサーホスト又は短くして「ＳＨ」と呼ばれる）。
【０１４９】
図１７に、導体内の仮定された電流密度を示す。
【０１５０】
導体内の電流密度は、電流（ＤＣ）が導体を流れる時に、導体の全横断面に亘って一様に分布すると一般に仮定される。
【０１５１】
図１８には、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。
【０１５２】
少量の電流（ＤＣ）が導体を流れる時、電流密度は導体の中心で最高であるというのが我々の経験である。これに対する２つの主な原因は、導体を流れる電流が、導体の中心で電流路を一緒に束ねてい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で最低であることによる。
【０１５３】
図１９に、導体内の小電流の典型的な流れを示す。
【０１５４】
しかしながら、実際には電流は１つの接続極から他の接続極へと、「直」線で流れないこともある（天空の電気稲妻の形状のように）。
【０１５５】
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の中心又は中心近くを流れるとき、永久にもたらされる磁場が同じ場所、即ちＳＨの中心又は中心近くに存在することになる。今、シャフトに対して振動又は往復運動のために機械的なトルク又は線形力を加える時、シャフト内に形成された磁場は、加えられた機械力に従ってその磁束経路を傾けることによって応答する。永久にもたらされる磁場がシャフト表面の下深くにあるので、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センサーシステムを作るには十分でない。
【０１５６】
図２０には、飽和レベルでの導体内における一様な電流密度を示す。
【０１５７】
飽和レベルでのみ、電流密度（ＤＣを用いる場合）は導体全体の横断面に一様に分布する。この飽和レベルを達成する電流量は非常に多く、そして使用する導体の断面積及び導電率（インピーダンス）によって主に影響される。
【０１５８】
図２１には、導体の表面下又は表面を流れる電流を示す（表皮効果）。
【０１５９】
導体内に（ラジオ周波数信号のような）交流を流す時、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）は一般に広く仮定される。交流電流について選択する周波数は、表皮効果の「ロケーション／位置」及び「深さ」を規定する。高周波数において、電流は導体の表面又は表面の近くを流れ（Ａ）、他方、低周波数（直径２０ｍｍのＳＨの場合、５〜１０Ｈｚの領域）において、交流電流はシャフト横断面の更に中心を通過する（Ｅ）。また、相対電流密度については、非常に低いＡＣ周波数におけるシャフト中心付近の相対電流密度に比較して、より高いＡＣ周波数において、電流が占めている部分の方が高くなる（これは、低いＡＣ周波数において、電流が流れるために利用可能な、より大きなスペースがあることによる）。
【０１６０】
図２２には、異なる周波数で交流電流を導体に流す場合における電気導体の電流密度（電流に対して９０度の横断面）を示す。
【０１６１】
ＰＣＭＥセンサー技術の望ましい磁場設計は、２つの円形磁場構造であって、互いに近接する２つの層にもたらされ（「ピギーバック」）、そして互いに反対の方向に走っている（Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｃｉｒｃｕｌａｒ：逆環状）の構造である。
【０１６２】
再び図１３を参照すると、望ましい磁場センサー構造が示されている。つまり、互いに近接して位置し、互いに反対方向に走る、２つの閉じた磁気ループ、即ち、対抗した環状の「ピギーバック」磁場設計とされる。
【０１６３】
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するため、そして最も大きなセンサー信号を可能にするために、望ましい磁場構造は、シャフト表面に最も近いところに置かなければならない。円形磁場をＳＨの中心近くに置くことは、ユーザーに利用可能なセンサー出力信号の勾配を減少させ（センサー信号の多くは、強磁性のシャフト材料を通して伝わり、これは該材料が空気に比して一層高い透磁率を持つためである）、そして、センサー信号の不均一性を増加させる（二次側センサーに対するシャフト回転及びシャフトの軸運動に関して）。
【０１６４】
図２３には、シャフト表面の近くにできる磁場構造と、シャフトの中心付近にできる磁場構造を示す。
【０１６５】
ＡＣ（交流）を使用する場合に、ＳＨの望ましい永久的な磁気エンコーディングを達成することは困難であり、これは、作られる磁場の極性が絶えず変化し、それ故にむしろ消磁システムとして働くことによる。
【０１６６】
ＰＣＭＥ技術では、強電流（望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ことを要求する（センサー信号がシャフトの外側において、一様であり且つ測定可能であることを保証するため）。また、逆環状の「ピギーバック」磁場構造を形成する必要がある。
【０１６７】
シャフトに２つの逆環状磁場構造を置くことは、該シャフトにそれらを交互に備えることによって可能である。最初、内側の層がＳＨにもたらされ、そしてその後に外側の層がより弱い磁気力（内側の層が偶然に中性化されて消去されることを防止する）を使用することによって生じる。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ように、既知の「永久」磁石エンコーディング技術を適用することができ、又は、電流エンコーディングと「永久」磁石エンコーディングとの組み合わせを使用することにより行うことができる。
【０１６８】
遥かに単純で速いエンコーディング工程は、電流のみを用いて、望ましい逆環状の「ピギーバック」磁場構造を実現することである。ここで最も挑戦的な部分は、逆環状の磁場を作ることにある。
【０１６９】
一様な電流は、電流方向に対して９０度の角度において、導電体の周りを走る一様な磁場を生成する（Ａ）。２つの導体を並べて置くと（Ｂ）、その時、２つの導体の間において、磁場は互いの効果を打消し合うようになる（Ｃ）。尚、存在してはいるが、近接して置かれた２つ導体間に検出可能な（つまり測定可能な）磁場はない。多数の導電体を並べて置く時（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なる。
【０１７０】
図２４には、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。
【０１７１】
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」字型導体を通って電流を流すと、「Ｕ」字型の外形に沿った磁場は、「Ｕ」字の内半部における測定可能な効果を打消している。
【０１７２】
図２５を参照すると、「Ｕ」字状導体内の領域は、電流が導体を流れている場合、磁気的に「中性」に見える。
【０１７３】
機械的応力を「Ｕ」字状導体の横断面に全く加えない場合には、「Ｕ」字の内部に磁場が存在しないように見える（Ｆ）。しかし、「Ｕ」字型導体を曲げたり、又は捻ったりすると磁場はもはやその初めの経路（電流に対して９０度の角度）に従わなくなる。加える機械力に依存して、磁場は幾分その経路を変え始める。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。
【０１７４】
同じことが「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気効果が互いに打消されてしまう（Ｇ）。
【０１７５】
図２６を参照すると、「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。
【０１７６】
しかし、機械的な応力が「Ｏ」型導体（チューブ）に加えられる時、「Ｏ」型導体の内側に存在する磁場があったことが明白になる。内部の逆方向の磁場（外部磁場も同様）は、加えられるトルク応力に関連して傾き始める。この傾いた磁場が明瞭に感知され、そしてこれを測定できる。
【０１７７】
次に、エンコーディングパルス設計について説明する。
【０１７８】
ＳＨの内部に望ましい磁場構造（逆環状のピギーバック磁場設計）を実現するために、本発明の方法における１つの典型的な実施形態によると、単極性の電流パルスがシャフト（又はＳＨ）を通過する。「パルス」を使用することによって、望ましい「表皮効果」が得られる。「単極性」の電流方向（その電流の方向が変化しない）を使用することによって、生じる磁気効果が偶然に消されることはなくなる。
【０１７９】
使用する電流パルスの形状は、望ましいＰＣＭＥセンサー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されなければならず、該パラメータには、電流立ち上がり時間、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非常に一様に出入りすることが非常に重要である。
【０１８０】
次に、長方形の電流パルス形状について説明する。
【０１８１】
図２７には、長方形をした電流パルスを示す。
【０１８２】
長方形をした電流パルスは、速い立ち上がり正エッジ及び速い立ち下り電流エッジを持つ。ＳＨを通して長方形をした電流パルスを流す時、立ち上がりエッジはＰＣＭＥセンサーの目標磁場構造の形成に関与するのに対して、長方形をした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逆効果を生じる。
【０１８３】
図２８には、長方形をした電流エンコーディングパルス幅（定電流オンタイム）とセンサー出力信号勾配との間の関係を示す。
【０１８４】
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」場が生成されて蓄えられた。パルス電流は、約２７０アンペアで最大値を持つ。また、パルスの「オンタイム」は、電子回路で制御された。エンコーディングパルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおける高周波成分のために、この実験は真のＤＣエンコーディングＳＨの効果を精確には示すことができない。従って、１０００ｍｓの定電流オンタイムパルスを流す時、センサー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。
【０１８５】
速い立ち上がり電流パルスエッジを使用しない場合に（制御された一定のランプ勾配を使用する等）、センサー出力信号勾配は非常に悪化してしまう（１０ｍＶ／Ｎｍ未満）。
注記：この実験（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）。
【０１８６】
図２９には、いくつかの長方形の電流パルスを連続して使用することによるセンサー出力信号勾配の増加を示す。
【０１８７】
センサー出力信号勾配は、いくつかの長方形の電流エンコーディングパルスを連続して使用する場合に改善できる。他のエンコーディングパルス形状に比較すると、長方形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、センサー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）の電流パルスがＳＨ（又はシャフト）に加えられた後では、センサー出力信号勾配がそれ以上大きくならないことを意味する。
【０１８８】
次に、放電電流パルス形状について説明する。
【０１８９】
放電電流パルスは定電流オンタイムを持たないし、そして速い立ち下がりエッジを持たない。従って、ＳＨの磁気エンコーディング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。
【０１９０】
図３０に示すように、ＰＣＭＥセンサーを作るとき、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。
【０１９１】
図３１に、適正なパルス電流を特定することによるＰＣＭＥセンサー出力信号勾配の最適化を示す。
【０１９２】
パルス電流スケール（直径１５ｍｍのシャフトで、１４ＣｒＮｉ１４シャフト材料の場合、０〜７５アンペア）の非常に低い端部において、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の閾値を超えるほどには強力でない。パルス電流振幅を増加すると、２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、二次側センサーシステムの達成出来るトルクセンサー出力信号振幅も増加する。約４００Ａ乃至４２５Ａにおいて、最適のＰＣＭＥセンサー設計が達成された（２つの逆方向を向いた磁場領域が、最良のセンサー性能に対する、互いの最適距離及び適正な磁束密度に達した。）。
【０１９３】
図３２には、エンコーディングパルスにおける最適なＰＣＭＥ電流密度及び位置をもつセンサーホスト（ＳＨ）の横断面を示す。
【０１９４】
更にパルス電流振幅を増加すると、トルク力に関するセンサー信号振幅の絶対値は更に、しばらくの間増加する（図３１の曲線２）が、一方で典型的なＰＣＭＥの全般的なセンサー性能は減退する（曲線１）。９００Ａのパルス電流振幅を過ぎると（直径１５ｍｍのシャフトの場合）、トルク力に関するセンサー信号振幅の絶対値が同様に降下し（曲線２）、ＰＣＭＥセンサー性能はその際、非常に悪くなる（曲線１）。
【０１９５】
図３３に、各種の増加するパルス電流レベルについて、センサーホスト（ＳＨ）の横断面及び電気パルス電流密度を示す。
【０１９６】
電流がＳＨにおいて、より大きな横断面を占めるようになると、内側の円形部分と、外側の（シャフト表面の近くでの）円形部分との間隔がより大きくなる。
【０１９７】
図３４を参照すると、より良好なＰＣＭＥセンサー性能が、逆環状の「ピギーバック」場の設計で間隔が狭い場合（Ａ）に達成される。
【０１９８】
望ましい２重で逆向きの環状磁場構造は、二次側センサーの信号振幅低下をもたらすトルク力の下で閉ループ構造を作り難くなる。
【０１９９】
図３５を参照すると、放電曲線を平らにすることはまた、センサー出力の信号勾配を増加させる。
【０２００】
電流パルス放電時間を長くする（電流パルスの幅を広くする）（Ｂ）と、センサー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勾配を減少させるために必要な電流量は非常に大きい。最高の実現可能なセンサー出力信号勾配を達成するためには、大きな電流振幅（最適の値で）と、可能な限り遅い放電時間とを組み合わせて使用することが、より実用的である。
【０２０１】
次に、一次側センサー処理に関連する電気接続装置について説明する。
【０２０２】
ＰＣＭＥ技術（「ＰＣＭＥ」技術という用語は、本発明の典型的な実施形態に関して使用されることに注意しなければならない）は、一次側センサー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きれいで、しかも導電性が高い場合に、多点の銅又は金の接続は、望ましいセンサー信号の一様性を達成するために充分である。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点で同一であるということである。尚、このことは、ケーブルが主要な電流接続点（Ｉ）に接続する前に、ケーブル長（Ｌ）が同一であることを保証できる場合に、最良に達成出来る。
【０２０３】
図３６には、シャフト表面への単純な電気的多点接続を示す。但し、多くの場合、信頼性があって再現性のある多点電気接続は、各々の接続点でインピーダンスが同一で、一定であるように保証することによってのみ達成できる。バネで押圧される先鋭なコネクタを用いて、シャフトの表面で生じ得る酸化層又は絶縁層（多分、指紋によって引き起こされる）を突き通す。
【０２０４】
図３７には、バネ仕掛けの接触点を持つ多チャンネルの電気接続具を示す。
【０２０５】
シャフトを処理する時、出来るだけ一様な方法で電流をシャフトに注入し、そして取り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り固定されている互いに絶縁された幾つかのコネクタを示す。この装置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、１つの接続点から次の接続点まで同じ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。
【０２０６】
図３８には、電気接続点の数を増やすことによって、パルス変調電流を出入りさせる取り組みを支援することが示されている。それは、要求される電子回路の制御システムの複雑さを増すことにもなる。
【０２０７】
図３９には、容易なシャフト取り付けのためにＳＰＨＣの開け方について一例を示す。次に、一次側センサー処理に関するエンコーディングの概要について説明する。
【０２０８】
一次側であるシャフトのエンコーディングは、回転シャフトに適用される永久磁石を使用するか、又はシャフトの所望の部分を通して流れる電流を使用することにより行える。永久磁石を使用する場合には、非常に複雑で連続する工程が、シャフト内で互いに接近した２層の閉ループ磁場を作るために必要となる。ＰＣＭＥ手順を使用する時は、所望の性能を達成するために可能な最も対称的な方法で、電流がシャフトに入り、そしてシャフトから出なければならない。
【０２０９】
図４０を参照すると、２つのＳＰＨＣ（Ｓｈａｆｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  Ｃｌａｍｐｓ：シャフト処理保持クランプ）が、計画されたセンシングエンコーディング領域の境界に位置される。１つのＳＰＨＣを通してパルス電流（Ｉ）がシャフトに入るが、一方で第二ＳＰＨＣにおいて、パルス電流（Ｉ）がシャフトを出る。２つのＳＰＨＣ間の領域がそのとき一次側センサーに変わる。
【０２１０】
この特別なセンサー工程は、単一磁場（ＳＦ）エンコード領域を作る。この設計の１つの利点（以下に記述されるものに比較して）は、この設計が二次検出装置の場所に関して、あらゆる軸方向シャフト運動に対して敏感でないことである。この設計の不利な点は、軸方向（つまり一列に）に置かれたＭＦＳコイルを使用する時、（地球磁場のような）漂遊磁場に対してシステムが敏感になることである。
【０２１１】
図４１を参照すると、２重磁場（ＤＦ）エンコード領域（並んで反対の極性をもつ２つの独立に機能するセンサー領域を意味する）によって、軸方向（つまり線上に）に置かれたＭＦＳコイルを使用する場合に、一様な漂遊磁場の効果が消去可能となる。しかしながら、この一次側センサー設計はまた、軸方向における（ＭＦＳコイルの場所に関係して）シャフトの運動の許容範囲を狭くする。ＰＣＭＥ技術で２重磁場（ＤＦ）エンコード領域を作り出す２つの方法がある。それらは、磁気エンコード部分が１つからまた次へと作り出されるところの連続工程と、そして磁気エンコード部分が同時に作り出されるところの並行工程である。
【０２１２】
連続的な２重磁場設計の第一工程段階は、１つのセンサー部分を磁気的にエンコード化することであり（単一磁場工程と同一に）、それによって、２つのＳＰＨＣの間隔が一次側センサー領域の所望の最終長の半分でなければならない。この工程の説明を単純化するため、最終的な一次側センサー領域の中央に置かれるＳＰＨＣを中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）と呼び、そして中央ＳＰＨＣの左側に置かれるＳＰＨＣをＬ−ＳＰＨＣと呼ぶことにする。
【０２１３】
図４２を参照すると、連続的な２重磁場エンコーディングの第二工程段階は、一次側センサー領域の中央に置かれるＳＰＨＣと（Ｃ−ＳＰＨＣと呼ばれる）、そして中央ＳＰＨＣの他の側（右側）に置かれる第二ＳＰＨＣ、Ｒ−ＳＰＨＣと呼ぶものを使用する。重要なことは、中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）における電流方向が両方の工程段階で同じことである。
【０２１４】
図４３を参照すると、最終的な一次側センサー領域の性能は、２つのエンコード領域を相互の関連において、如何に近くに置くことが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の軸方向における接触幅が狭いほど、２重磁場ＰＣＭＥセンサーの性能が良くなる。
【０２１５】
図４４は、本発明の別の典型的な実施形態によるパルスの加え方を示す。上の図から分るように、パルスはシャフトの３箇所で加えられる。電流Ｉがシャフトに入る場所の中央電極の両側への電流分布のために、横方向の電極でシャフトを去る電流は、中央電極に入る電流の半分だけ、即ち、Ｉ／２である。電極はリングで描かれ、その大きさはシャフトの外表面の大きさに適合される。しかしながら、本明細書において、後述する複数のピン電極を含む電極のように、他の電極が使用される場合もあることに注意されたい。
【０２１６】
図４５には、シャフトにトルク又は直線運動応力が加えられない時の２重磁場ＰＣＭＥセンサー設計における２つのセンサー部分の磁束方向を示す。互いに逆流方向の磁束ループ同士は相互作用しない。
【０２１７】
図４６を参照すると、トルク力又は線形応力が１つの特別な方向に加えられる時、磁束ループは、シャフト内部において、増加する傾斜角度で走り始める。傾斜した磁束がＰＣＭＥ部分の境界に到達すると、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。
【０２１８】
図４７を参照すると、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エンコードシャフト内部における逆流の磁束構造についての傾斜角度も変化する。
【０２１９】
次に、シャフト処理のための多チャンネル電流駆動部を説明する。
【０２２０】
シャフト表面への電流路についての、完全に同一のインピーダンスを保証できない場合には、電流制御駆動ステージがこの問題を克服するために使用される。
【０２２１】
図４８に、小直径センサーホスト（ＳＨ）のための６チャンネル同期パルス電流駆動システムを示す。シャフト直径が大きくなると、電流駆動チャンネルの数も多くなる。
【０２２２】
次に、真鍮リング接触と対称「スポット」接触について説明する。
【０２２３】
シャフト直径が比較的小さく、所望の検出領域において、シャフト表面がきれいでそして如何なる酸化もない場合には、簡単な「真鍮」リング（又は銅リング）接触法を、一次側センサーの処理に選択できる。
【０２２４】
図４９では、シャフト表面に対して、しっかりと取り付けられた真鍮リング（又は銅リング）が、電線のはんだ接続とともに使用される。２つの真鍮リング（銅リング）の間の領域がエンコードされる領域である。
【０２２５】
しかしながら、達成できるＲＳＵ性能については、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。
【０２２６】
次に、ホット・スポット（Ｈｏｔ−Ｓｐｏｔｔｉｎｇ）の概念について説明する。
【０２２７】
標準的な単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサーは、ホット・スポット性能において、非常に劣る。ＳＦ  ＰＣＭＥセンサー部分の外部磁束プロファイル（トルクが加えられたとき）は、近傍の環境にて起こり得る変化（強磁性材料に関して）に非常に敏感である。ＳＦエンコードセンサー部分の磁気境界が明瞭でないので（「ピン止め（ｐｉｎｎｅｄ  ｄｏｗｎ）」されない）、それらは強磁性材料がＰＣＭＥ検出領域の近くに置かれる方向に向かって「拡がる（ｅｘｔｅｎｄ）」ことができる。
【０２２８】
図５０を参照すると、ＰＣＭＥ工程で磁化された検出領域は、検出領域の境界に接近する強磁性材料に対して非常に敏感である。
【０２２９】
ホット・スポット検出感度を低減するために、ＰＣＭＥセンサー部分の境界は、それらをピン止めすることによって、明確に規定する必要がある（それらはもう移動できない）。
【０２３０】
図５１に、２つの「ピン止め磁場領域」を持つＰＣＭＥ処理された検出領域を示すが、これは検出領域の各側にある。
【０２３１】
ピン止め領域を検出領域の両側の近くに置くことによって、検出領域の境界は非常に特定な場所に束縛される。強磁性材料が検出領域に近づいて来る時、それはピン止め領域の外部境界に影響を与えるが、しかしそれは検出領域の境界において、非常に限定的な影響を持つだけである。
【０２３２】
本発明の典型的な実施形態によると、ＳＨ（センサーホスト）が、どのように単一磁場（ＳＦ）検出領域及び２つのピン止め領域を、検出領域の各々の側に１つずつ得るように処理できるかについて多数の異なる方法がある。各領域が互いの後に処理されるか（順次処理）、あるいは２つ又は３つの領域が同時に処理される（並行処理）。並行処理では、より一様なセンサーを供給する（低減された寄生磁場）が、目標のセンサー信号勾配に達するために更により高いレベルの電流を必要とする。
【０２３３】
図５２には、ホット・スポットを低減する（又は更に除去する）ために、主要検出領域の各々の側にピン止め領域を持つ単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサーについて並行処理を例示する。
【０２３４】
２重磁場ＰＣＭＥセンサーは、センサーの中央領域が既にピン止めされているのでホット・スポットの影響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・スポット感度は、２重センサー領域の両側にピン止め領域を置くことによって、更に低減できる。
【０２３５】
図５３には、両側にピン止め領域を持つ２重磁場（ＤＦ）ＰＣＭＥセンサーを示す。
【０２３６】
ピン止め領域が許容されないか又は可能でない時（例えば、限られた軸方向の間隔しか利用できない場合）、検出領域は外部の強磁性材料の影響から磁気的に遮蔽されることを要する。
【０２３７】
次に、回転信号一様性（ＲＳＵ）について説明する。
【０２３８】
現段階の理解によると、ＲＳＵセンサー性能は主に、電流が如何に周縁部で一様にＳＨ表面に入って出るか、そして、電流が入る点と出る点との間の物理的な間隔に依存する。電流が入る点と出る点との間隔が大きいほど、ＲＳＵ性能が良くなる。
【０２３９】
図５４を参照すると、シャフト直径に対して、個々の円周面上に置かれた電流の流入点間の間隔が比較的に大きい時（そして、円周上に置かれた電流の出口点間の間隔が同じように大きい）、ＲＳＵ性能が非常に劣ることになる。そのような場合、ＰＣＭエンコーディング部の長さは極力長くすべきであり、そうでないと、生じた磁場が円周上で一様ではなくなる。
【０２４０】
図５５を参照すると、ＰＣＭエンコーディング部分を拡げることによって、円周上での磁場分布は、電流が入る点と電流が出る点との間の半分の距離のところで、より一様になる（そして最終的にはほぼ完全に）。従って、ＰＣＭＥセンサーのＲＳＵ性能は、電流入口点と電流出口点の半分の中間地点で最良である。
【０２４１】
次に、ＮＣＴセンサーシステムの基本的な設計結果について説明する。
【０２４２】
ＰＣＭエンコーディング技術の詳細に立ち入ることなく、このセンシング技術のエンドユーザーは、その適用において、該センシング概念を利用し及び使用することを可能にするための、いく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、磁歪に基づいたＮＣＴセンサーの基本要素（一次側センサー、二次側センサー、そしてＳＣＳＰ電子装置等）と、個々のコンポーネントがどのようなものであるか、そして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。
【０２４３】
原則として、ＰＣＭＥセンシング技術は、スタンドアローンのセンサー製品を製造するために使用できる。しかし、既存の工業上の応用において、「スタンドアローン」製品のために利用できるスペースが殆どないか全く無い。ＰＣＭＥ技術は、最終の製品を再設計する必要なしに既存の製品に応用できる。
【０２４４】
スタンドアローンのトルク検出装置又は位置検出用センサー装置がモーター伝動システムに応用される場合、全システムは、大幅な設計変更を被ることを要求される。
【０２４５】
以下、図５６を参照して、エンジンのシャフトにおけるＰＣＭＥセンサーの可能な場所を示す。
【０２４６】
図５６は、本発明の１つの典型的な実施形態による、例えば、モーターカーのギヤボックスにおけるトルクセンサーのための可能な配置場所を示す。図５６の上部には、本発明の１つの典型的な実施形態によるＰＣＭＥトルクセンサーの配置を示す。また、図５６の下部には、本発明の典型的な実施形態の場合のように、ギヤボックスの入力シャフトに一体化されていないスタンドアローン検出装置の配置を示す。
【０２４７】
図５６の上部から分るように、本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーは、ギヤボックスの入力シャフトに一体化できる。換言すると、一次側センサーが入力シャフトの一部である。即ち、入力シャフトは、一次側センサー又はセンサー素子それ自身となるように磁気的にエンコードできる。二次側センサー、即ちコイルは、例えば、入力シャフトのエンコード領域に近いベアリング部に収容できる。これにより、動力源とギヤボックスの間にトルクセンサーを配置する場合に、入力シャフトを分断する必要がなくなり、図５６の下部に示すように、モーターにつながるシャフトとギヤボックスにつながる別のシャフトとの間に、別のトルクセンサーを配置する必要はない。
【０２４８】
入力シャフトにエンコード領域が一体化されることで、例えば、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、トルクセンサー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り、というのも、各部品が航空機での使用を許可される前に、多数の検査を受けなければならないからである。本発明による、そのようなトルクセンサーは多分、当面のシャフトが変更されないので、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引き起こされることはない。
【０２４９】
更には、図５６から分るように、本発明の１つの典型的な実施形態に従うトルクセンサーによって、ギヤ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。これについては、動力源から出るシャフトとギヤ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ーを設けることから明白である。
【０２５０】
次に、センサーコンポーネントについて説明する。
【０２５１】
図５７に示すように、非接触磁歪センサー（ＮＣＴセンサー）は、本発明の１つの典型的な実施形態によると、３つの主要な機能要素、つまり、一次側センサー、二次側センサー、並びに信号調整及び信号処理（ＳＣＳＰ）電子装置から構成される。
【０２５２】
適用の種類（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、彼自身の管理下でセンサーシステムを製造するために個々のコンポーネントの購入を選択でき、又は個々のモジュールの生産を下請けに外注できる。
【０２５３】
図５８は、非接触式トルク検出装置のコンポーネントを概略的に示したものである。但し、これらのコンポーネントはまた、非接触式の位置検出装置にも用いることができる。
【０２５４】
年間の生産目標が数千ユニットである場合に、「一次側センサーの磁気エンコーディング工程」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、顧客は特定用途向けの「磁気エンコーディング装置」を購入する必要がある。
【０２５５】
量産的な適用では、製造工程の価格及び統合化が重要であって、典型的には、ＮＣＴＥが非接触センサーの作成に必要な個々の基本コンポーネント及び装置のみを供給する。
□ＩＣ（表面実装パッケージ、特定用途向け電子回路）
□ＭＦＳコイル（二次側センサーの部品として）
□センサーホストのエンコーディング装置（シャフト（＝一次側センサー）に磁気エンコーディングを適用するための）
【０２５６】
要求量に応じて、ＭＦＳコイルは、フレーム上に既に組み立てられて提供することが可能であり、そして、必要であれば、コネクタをもったワイヤハーネスに電気的に接続されて提供される。同様に、ＳＣＳＰ（信号調整及び信号処理）電子装置は、プリント回路基板に組み込まれたＭＦＳコイルを持つか又は該コイルを持た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。
【０２５７】
図５９は、検出装置のコンポーネントを示す。
【０２５８】
図６０から分るように、要求されるＭＦＳコイルの数は、物理的なセンサー設計上で予想されるセンサー性能及び機械的な許容誤差に依存する。完全なセンサーホスト（ＳＨ又は磁気的にエンコードされたシャフト）を有し、望ましくない漂遊磁場からの干渉が最小限とされた、適切に設計されたセンサーシステムでは、２つのＭＦＳコイルのみが必要である。しかし、ＳＨが、二次側センサーの位置に関連して径方向又は軸方向に１ミリメートルの数十分の１よりも大きく動いている場合には、所望のセンサー性能を達成するため、そのときにはＭＦＳコイルの数を増やす必要がある。
【０２５９】
次に、制御及び／又は評価の回路構成について説明する。
【０２６０】
本発明の１つの典型的な実施形態によると、ＳＣＳＰ電子装置は、ＮＣＴＥ専用ＩＣ、多数の外部の受動的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ユニットが使用される環境に応じて、ケースは適切に密封されることを要する。
【０２６１】
特定用途の必要条件に応じて、（本発明の１つの典型的な実施形態によると）ＮＣＴＥは、多数の異なる特定用途向け回路を提供する。
□基本回路。
□集積化された電圧調節器を有する基本回路。
□高帯域信号バンド幅回路。
□オプションでの高電圧及びショート保護装置。
□オプションでの故障検出回路。
【０２６２】
図６１は、単一チャンネルとされる、低コストのセンサー電子装置の解決策を示す。
【０２６３】
図６１から分るように、例えば、コイルを含む二次側センサーユニットが提供される。これらのコイルは、例えば図６０に示すように配置され、一次側センサーユニット、即ちセンサーシャフト又はセンサー素子から、トルクがそれに加えられるときに出る磁場の変化を検出する。二次側センサーユニットはＳＣＳＴ内の基本ＩＣに接続される。基本ＩＣは、電圧調節器を介して正電源電圧に繋がる。また基本ＩＣは接地される。基本ＩＣは、ＳＣＳＴの外部にアナログ出力を与えるように構成され、その出力がセンサー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。
【０２６４】
図６２は、一体化された故障検出部を有する２チャンネルの、ショート保護システム設計を示す。本設計は５個のＡＳＩＣデバイスからなり、高度のシステム安全性を提供する。故障検出ＩＣは、センサーシステムのどこかにワイヤの断線が起きたことや、ＭＦＳコイルの故障、又は「基本ＩＣ」の電子的な駆動ステージの故障を識別する。
【０２６５】
次に、二次側センサーユニットについて説明する。
【０２６６】
図６３に示す１つの実施形態によると、二次側センサーは、次の要素、つまり、１乃至８個のＭＦＳ（磁場センサー）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、及び二次側センサーハウジングから構成される。
【０２６７】
ＭＦＳコイルは、位置決めプレートに取り付けられる。位置決めプレートを使用することにより、通常、各ＭＦＳコイルの２つの接続ワイヤを適切な方法で、はんだ付けし、接続できる。そして、ワイヤハーネスは位置決めプレートに接続される。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られて、それから二次側センサーのハウジングによって、組み込まれるか又は保持される。
【０２６８】
ＭＦＳコイルの主要な要素は、アモルファス（非晶質）のような材料で形成されることを要する心線である。
【０２６９】
二次側センサーユニットが使用される場所の環境に応じて、組み立てられた位置決めプレートを保護材料で覆う必要がある。該材料は、周囲温度の変化時にＭＦＳコイルに機械的な応力又は圧力を引き起こすものであってはならない。
【０２７０】
動作温度が＋１１０℃を超えない場所での適用において、顧客は二次側センサーユニット（ＳＳＵ）の内部にＳＣＳＰ電子装置（ＡＳＩＣ）を置くという選択肢を持つ。ＡＳＩＣデバイスが＋１２５℃より高い温度で動作する場合、温度に関連した信号オフセット及び信号利得の変化を補償することが更に困難になる。
【０２７１】
ＭＦＳコイルとＳＣＳＰ電子装置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に、１０メートルまでの距離については達成可能である。多チャンネルの適用において（同一の一次側センサーの場所で動作している２つの独立なＳＳＵ＝冗長なセンサー機能）、信号のクロストークを避けるためには、ＳＳＵとＳＣＳＰ電子装置との間で特別に遮蔽されたケーブルを考慮すべきである。
【０２７２】
二次側センサーユニット（ＳＳＵ）の生産を計画する場合に、生産者は、ＳＳＵのどの部品又は複数の部品を下請けから購入すべきであり、そして、どの製造ステップを社内で行うのかを決定しなければならない。
【０２７３】
次に、二次側センサーユニット製造の選択肢について説明する。
【０２７４】
ＮＣＴセンサーを、特別注文のツール又は標準的な伝動システムに一体化する場合に、システムの生産者は、次の項目から選択する、いくつかの選択肢を持つ。
□カスタムメイドのＳＳＵ（ワイヤハーネス及びコネクタを含む）。
□選択されたモジュール又はコンポーネント、最終のＳＳＵ組み立て及びシステム試験は顧客の管理で行ってもよい。
□重要なコンポーネントのみ（ＭＦＳコイル又はＭＦＳ心線、特定用途向けＩＣ）、そしてＳＳＵを自社で生産する。
【０２７５】
図６４は、二次側センサーユニット組み立ての１つの典型的な実施形態を示す。
【０２７６】
次に、一次側センサー設計について説明する。
【０２７７】
ＳＳＵ（二次側センサーユニット）は、磁気的にエンコードされたＳＨ（センサーホスト）の外側に置くことができ、また、ＳＨが中空である場合にはＳＨの内側に置くこともできる。ＳＳＵが中空シャフトの内側に置かれる場合に、達成できるセンサー信号振幅は同じ強さであるが、一段と良好な信号対ノイズ性能を持つ。
【０２７８】
図６５は、一次側センサー及び二次側センサーの幾何学的配置について２つの形態を示す。
【０２７９】
改善されたセンサー性能は、磁気的エンコーディング工程を、ＳＨ（シャフト）の真っ直ぐで平行な部分に適用する場合に達成される。１５ｍｍ〜２５ｍｍの直径をもつシャフトでは、磁気的にエンコードされた領域の最適な最短長が２５ｍｍである。センサー性能は、その領域が４５ｍｍの長さで作成できる場合（ガード領域を加えて）、更に向上する。複雑で高度に統合された伝動（ギヤボックス）システムでは、そのような間隔を見い出すのは困難である。更に理想的な状況では、磁気的なエンコード領域を１４ｍｍに短くすることができるが、これでは、所望のセンサー性能の全てを達成できない虞がある。
【０２８０】
図６６に示すように、ＳＳＵ（二次側センサーユニット）とセンサーホスト表面との間隔については、本発明の１つの典型的な実施形態によると、実現し得る最良の信号品質を達成するために、できるだけ小さく抑えるべきである。
【０２８１】
次に、一次側センサーエンコーディング装置について説明する。
【０２８２】
図６７に一例を示す。
【０２８３】
どの磁歪センシング技術を選択するかに応じて、センサーホスト（ＳＨ）は、それに従って加工され、且つ処理される必要がある。その技術は、互いに非常に多様で（ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓ等）、そして必要な処理装置もまた同様である。使用できる磁歪センシング技術のいくつかでは、ＳＨになされる如何なる物理的変更も必要とせず、磁気的な処理のみに依る（ＭＤＩ、ＦＡＳＴ、ＮＣＴＥ）。
【０２８４】
ＭＤＩ技術は２段階工程であるが、ＦＡＳＴ技術は３段階工程であり、そしてＮＣＴＥ技術は１段階工程であって、ＰＣＭエンコーディングと呼ばれる。
【０２８５】
磁気処理の後、センサーホスト（ＳＨ又はシャフト）は「精密測定」装置となり、それ相応に取り扱うべきであることに注意を要する。磁気処理は、処理されたＳＨがその最終場所に注意深く置かれる前の、まさに最終ステップとすべきである。
【０２８６】
磁気処理は、次のような状況下において、顧客の製造工程（社内での磁気処理）の不可欠な部分であるべきものとされる。
□高生産量（何千の単位のように）。
□重いＳＨ又は取り扱いが困難なＳＨ（例えば、高い輸送費）。
□非常に特別な品質及び検査要求（例えば、国防用途）。
【０２８７】
全ての他の場合には、ＮＣＴＥのような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、更にコスト効率が良い。というのも、「社内」の磁気処理のためには、専用の製造装置が要求されるからである。そのような装置は、完全に手動運転され、又は半自動化れ、あるいは完全に自動化することもできる。複雑さ及び自動化のレベルに応じて、装置はＥＵＲ２０ｋ（２万ユーロ）からＥＵＲ５００ｋ（５０万ユーロ）より上の価格とされる。
【０２８８】
以下では、図６８ａ乃至１０２を参照して、本発明の典型的な実施形態による、非接触の絶対インクリメンタル（漸増的）回転角度センサーについて説明する。
【０２８９】
ＰＣＭＥセンサーエンコード処理のユニークな態様は、それがセンサーホストにおいて長寿命の磁気的エンコーディングを可能にすることである。これは、センサーホストが強磁性材料で作成される場合にのみ可能である。以下では、ＰＣＭＥエンコーディングに基づく、絶対インクリメンタル角度センサー設計について説明する。但し、磁気的にエンコードされた部分の生成は、他の技術、例えば、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレット等に開示された技術を使って行うことができる。
【０２９０】
以下に記載する非接触回転角度センサーは、それ自身で働く（いわゆる単一機能ＰＣＭＥセンサー）か、又は他のセンサー機能と組み合わせて働くことができる（多機能ＰＣＭＥセンサー）。典型的な多機能ＰＣＭＥセンサーは、絶対角度検出装置と回転トルク検出装置との組み合わせである。角度変化を検出する際に、センサーホストがその軸を中心に回転する際の回転速度を算出できる。
【０２９１】
回転速度と回転トルクとの積は、仕事率である。換言すれば、角度及びトルクを測定可能な多機能ＰＣＭＥセンサーは結果的に、非接触での、機械的な仕事の検出装置となる。
【０２９２】
しかしながら、測定パラメータの１つ、２つ、あるいはそれ以上のいかなる所望の組み合わせも可能であり、曲げ力、回転力、角度、位置等が挙げられる。
【０２９３】
以下に、角度センサー配置についての磁気的処理を説明する。
【０２９４】
絶対角度センサー、即ち回転対象物の角度位置を相対的な方法だけでなく絶対的な方法で測定可能な角度センサーを作成するためには、システム電子機器が、磁場検出装置からデータを取得できることを要し、該データが、可動物体に配置した磁気的エンコード領域の現在の角度位置に対して「一意」でなければならない。信号の一意性は、多くの異なる永久的な磁気的エンコーディング処理によって達成できる。
【０２９５】
以下では、いわゆる「アナログ信号、１サイクルパターン」について説明する。
【０２９６】
「アナログ信号、１サイクルパターン」の回転角度センサーの基本原理は、磁気的にエンコードされたセンサーホストが３６０°の角度で回転する際に、アナログ出力信号が正弦波に近い形状の信号（１つのサイクル）を有することである。
【０２９７】
図６８Ａは、角度検出装置との関連において、可動物体として使用できる対象物６８００の製造方法を示しており、対象物６８００は、該対象物６８００の周方向に沿う角度に応じた異なる磁気強度をもって、磁気的なエンコード領域６８０１を配置することにより製造できる。
【０２９８】
図６８Ａは、磁化プロセス中の、対象物６８００の断面図と側面図を示す。対象物６８００の周方向に沿った位置に依存する磁場強度をもつ磁気的なエンコード領域６８０１を生成するためには、上記に詳述したように、ＰＣＭＥエンコード信号を生成するための電気導体６８０２を、管状対象物６８００の対称軸に関して距離「ａ」だけずらしたところに位置させる。それから、図３０又は図３５で示す方法で、センサー信号を電気導体６８０２に適用するが、その目的は、対象物６８００の周方向に沿って異なる磁化を磁気的なエンコード領域６８０１に生成することである。磁化が異なる理由は、プログラム手順の間、電気導体６８０２と磁気的なエンコード領域６８０１の異なる部分との間の距離が異なるからである。
【０２９９】
センサーホストの回転に関してその信号振幅が変わるセンサー信号を得るために、磁気的エンコード（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）信号（本例では、「ＰＣＭＥ」信号）は、「中心がずれた」センサーホスト管の内側を通る。電気導体６８０２が管の中心点６８０３からさらに離れるほど（つまり、電気導体６８０２が、センサーホストの管壁の一方の面により近づくほど）、信号振幅変調がより強くなる。換言すれば、電気導体と対象物６８００の磁化可能材料との間の様々な距離によって、対象物６８００の周方向に沿った一様でない磁化がもたらされる。
【０３００】
図６８Ｂは、対象物６８１０を磁化する場合における他の磁化配置を示し、電気絶縁体６８１１が電気導体６８０２と対象物６８１０の管状壁との間に位置する。
【０３０１】
以下では、図６９Ａ乃至７０Ｂを参照して、プログラム処理及びプログラミング中の非対称的配置が、如何にして対象物の近くで測定される信号の角度依存性をもたらすかについて説明する。
【０３０２】
図６９Ａには線図６９００を示しており、図６９Ｂのセンサーホスト６９１０の回転角度を横座標６９０１に沿ってプロットしている。縦座標６９０２には、センサーホスト６９１０の周方向に沿って配置される磁場検出器のセンサー信号出力をプロットしている。
【０３０３】
図６９Ａに示す線６９０３は、図６９Ｂに示すセンサーホスト６９１０に対応する。センサーホスト６９１０の場合のプログラムスキーム（方式）では、センサーホスト６９１０の回転中に回転センサーの信号振幅が一定となるが、これは、中心の合った磁気エンコーディング配置によるものである。換言すれば、センサーホスト６９１０の周方向に亘る信号強度分布は一定であり、センサー信号出力６９０３についての一定の角度依存性をもたらす。センサーホスト６９１０の周方向に沿った、一定の磁場強度は、同心円６９１１によって（つまり、回転センサーの信号振幅６９１１によって）図示されている。
【０３０４】
これとは違って、図７０Ａに示す線図７０００では、センサーホストからの、回転角度によるセンサー信号出力（縦座標７００１に沿ってプロットされる）の依存性を示している。
【０３０５】
曲線７００３は基本的に正弦波状の形状を有する。これは、図７０Ｂに示すように、中心から外れた磁気的エンコーディング方式をもたらし、図６８Ａに示したのと同様の磁化方式に対応する。従って、センサーホスト７０１０の周方向に亘って、非対称的な回転センサー信号振幅７０１１が測定されることになる。
【０３０６】
線図６９００は、センサーホスト６９１０が３６０°以上の角度でその中心軸の回りに回転する場合の、アナログセンサー信号出力を示す。この場合、センサーホスト６９１０の磁気的エンコーディングは、中央面の周辺で対称的に行われた。図７０Ａは、「中心からずれた」磁気的エンコーディングの結果としてその中心軸の回りにセンサーホスト７０１０を回転させた場合の、出力信号変調７００３を示す。
【０３０７】
磁気的にエンコードされたセンサーホストは、円形シャフト又は円筒管、円形ディスク、円環、あるいは非円形の物体とすることができ、規定された軸を中心に回転できる。非円形の物体を用いる場合には、信号振幅がセンサーホストの非対称的な形状によって強く影響を受けることになるので、角度センサー信号の処理条件への要求が非常に厳しい。しかし、このような非対称的な幾何学的構成はまた、センサーホストの角度位置を検出するために使用できる。
【０３０８】
以下では、図７１乃至７３Ｃを参照して、非対称的な方法でセンサーホストを磁化させるための各種幾何学的構成について説明する。
【０３０９】
図７１には、磁気的なエンコード領域６８０１を、磁化される管状の中空シャフトの対称軸６８０３とともに示す。図６８Ａに示す磁化スキームとは対照的に、電気導体７１００は、磁気的なエンコード領域６８０１の周方向の端部と直接的に接触される。磁気的なエンコード領域６８０１の周囲に沿って非対称的に配置される電気コネクタ７１００は、ホスト６８０１に対して、１つ又は２つ、あるいはそれ以上のＰＣＭＥエンコードパルス（例えば、図３０や図３５参照）を投入する。電気コネクタ７１００の非対称的構成のために、磁気的なエンコード領域６８０１の磁場分布もまた、磁気的なエンコード領域６８０１の周囲に沿って変わる。
【０３１０】
図７１は横断面図を示し、図７２は本構成の側面図を示す。
【０３１１】
磁気的なエンコード領域又は磁化対象物は、図７１、図７２に中空円筒として示されるが、それらはまた円柱として実現できる。
【０３１２】
図７１、図７２に示すように、センサーホスト６８０１の「片側」に電気コネクタ７１００を、（即ち、センサーホストの周囲で非対称的に）置くことによって、センサーホストの回転時に、ＰＣＭＥ磁気エンコーディングが振幅変調された信号をもたらす。換言すれば、非対称的なプログラミングジオメトリ（配置）を選択できる。
【０３１３】
図７３Ａ乃至７３Ｃに示すように、磁気的なエンコード領域６８０１の磁化可能材料と非対称的に接触している複数の電気コネクタ７１００について、代替の配置構成を使用できる。全構成において、プログラミング信号は、磁気的なエンコード領域６８０１の周囲の特定部分においてその大部分が投入可能である。強調すべきは、図７１から図７３Ｃに示す構成の代替例として、１つ以上の電気コネクタ７１００を、中空の管状対象物６８０１の内壁部に接触可能なことである。
【０３１４】
所望の（擬似）正弦波状の角度センサー信号形状を得るためには、最適な「非対称」の電気的接続方法を実行することが望ましい。センサーホストの直径及び「エンコードされる角度センサー」の長さに応じて、１つ以上の電気コネクタを、センサーホスト６８０１の周囲に「非対称的に」位置させる必要がある。この配置では、一方の側において他方の側よりもさらに大きな電流がシャフトに入るものとされる。
【０３１５】
個々のコネクタ（図７３Ａ、７３Ｂ参照）を用いる代わりに、単一のコネクタ７１００を使用でき、これは該コネクタがセンサーホストの表面と接触する異なる位置において異なるインピーダンスを有する。このような構成を図７３Ｃに示す。
【０３１６】
以下では、図７４Ａ、図７４Ｂを参照して、磁気的なエンコード領域を生成するために磁化可能対象物７４０３を磁化させる装置７４００について説明する。
【０３１７】
装置７４００は、磁化可能対象物７４０３の異なる部分と電気的に接触させるために電気接続素子７４０１を具備する。さらには、電気信号供給部７４０２が設けられており、これは電気接続素子７４０１と接続されて、磁化可能物体７４０３の異なる部分に異なる磁気的なエンコード領域を生成するために、異なる電気信号を異なる部分に印加する構成とされる。
【０３１８】
詳しくは、２つの電気接続要素７４０１が、磁化可能対象物７４０３の周面の左側部分に接続され、電流Ｉ１がこの部分に投入される。磁化可能対象物７４０３の右側部分は２つの別の電気接続要素７４０１によって接続され、これは電流Ｉ１をこの部分に投入するためであるが、例えば、電流方向が上記とは逆方向とされる。磁化可能対象物７４０３の周面の上部は、２つの別の電気接続要素７４０１で接触され、これは電流Ｉ２を磁化可能対象物７４０３の表面における対応部分に投入するためである。さらにまた、電流Ｉ２は２つの別の電気接続要素７４０１によって磁化可能対象物７４０３の周面の下部において更に投入され、これは表面の当該部分において、別々に測定可能及び定義可能な磁化を得るためである。
【０３１９】
電流Ｉ１、Ｉ２は、方向、極性、振幅に関して異なっており、これらの電流は別々に調整でき、同時に又は順次に、磁化可能対象物７４０３の表面の異なる部分に与えることができる。
【０３２０】
この処置をとることによって、電気接続要素７４０１の接触に関連した異なる磁気表面部分は、磁化可能対象物７４０３の表面上で定義できる。これは、図７４Ｂに示す磁化可能対象物７４０３の表面上の磁化パターンをもたらす。
【０３２１】
図７４Ｂは、磁化可能対象物７４０３の表面の磁化部分について表面投影を示す。
【０３２２】
図７４Ｂから分かるように、チェス盤状のパターンが表面に生成される。隣接部分は、割り当てられた部分において生成される磁場、つまり磁化の極性及び／又は強度に関して異なる。
【０３２３】
図７４Ａ、図７４Ｂに示す構成は、表面の磁化パターンをもたらし、該パターンは、磁化可能対象物７４０３の周面近傍に配置した磁場検出器によってサンプリング又はスキャンが行われる場合に、複数の正弦関数の寄与分をもつ。
【０３２４】
換言すれば、図７４Ａ、図７４Ｂは、「アナログ／デジタル信号、マルチサイクルパターン」を示す。
【０３２５】
この「アナログ／デジタル信号、マルチサイクルパターン」の回転角センサーは、磁気的にエンコードされたセンサーホストが３６０°の角度で回転する場合に、略正弦波状又は疑似正弦波状の出力信号の２つ以上の完全なサイクルを提供する。
【０３２６】
マルチサイクル及び磁気パターンを得るために、ＰＣＭＥエンコード信号は、２つ以上の交番するパターンでセンサーホストを通ることを要する。図７４Ａ、図７４Ｂに示す解決策は、強磁性シャフトの磁気的処理によって実現できる。（パワーステアリングシャフトの伝動軸のような）回転装置７４０３が強磁性をもつ場合には、磁気的な処理をこのシャフトに施すことができる。
【０３２７】
図７４Ａ、図７４Ｂに示す磁化法によれば、異なる電流Ｉ１、Ｉ２を、順次に、又は同時に与えることができる。
【０３２８】
特に、図７４Ａには示さないが、電気接続要素７４０１の各対に、個々の電気信号供給部７４０２を用いることが有利とされる。
【０３２９】
例えば、電流源Ｉ２とＩ１は、互いに離すことができる。これは、Ｉ１とＩ２との間の電流クロストークがないことを保証するために、２つの独立した電流供給源を使用する必要があることを意味する。
【０３３０】
図７４Ｂを参照すると、図示のチェス盤は、図７４Ａに示す方法を用いて生成される。これは、４つの電流路だけを磁気的エンコーディングに使う場合であっても、４×４の磁場構造が自動的に形成されることを意味する。その理由については、内側の２つのチェス盤構造（列）だけが、１つのコネクタから他の電気的接点へと流れる電流によって直接生じるものと考えられる。外側の２つのチェス盤列は、その領域を通って流れる電流なしで、それ自身によって生成される。これは、シャフト端部（直接的な磁気的エンコード領域の外側部分）とケーブル布線の間の誘導性と関係がある。
【０３３１】
以下では、図７５から７６Ｂを参照して、磁気的に処理されたリングを非強磁性シャフトの周囲に置いた解決策について説明する。
【０３３２】
（伝動シャフトやパワーステアリングシャフトのような）回転装置の強磁性が本装置の直接的な磁気処理を許容しない場合には、充分な強磁性を有するリングを本装置に固定するか又は付設することができる。
【０３３３】
主要回転装置と磁気的に処理されたリングとの間の強磁性の相違に応じて、絶縁リングが適切とされる。この絶縁リングは、磁気的にエンコードされたリングと主要回転装置（例えば、伝動シャフトやパワーステアリングシャフト）とを磁気的に分離する。
【０３３４】
図７５は、非磁性の回転シャフト７５００が非強磁性材料の絶縁体７５０１で被覆された構成を示し、強磁性リング７５０２が絶縁体７５０１の上に取り付けられる。絶縁体は、例えば、ステンレス鋼又はプラスチックで形成できる。こうしてモジュラー式システムが得られ、融通性の高い多機能部品を用いて高品質の角度センサーを実現できる。
【０３３５】
図７６Ａは、そのような構造を取付状態、つまり組み上がった状態で示しており、強磁性リング７５０２の中央部が磁気的なエンコード領域６８０１をなす。図７６Ｂから分かるように、絶縁体７５０１を省くこともできる。
【０３３６】
所望の角度センサー性能に応じて、リング幅（リングの実際の長さ）を変えることができる。磁気的にエンコードされるリングの幅が比較的広い場合、角度センサーの信号量が大きくなる。これは特に、「１サイクルのパターン」をリングに与える場合に本当である。
【０３３７】
図７５から図７６Ｂの構成については、例えば、ボールベアリング等の内部に実装できる。
【０３３８】
図７７は、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置を示す。
【０３３９】
図７７の角度センサーは、回転し得る可動物体７５００の角度位置情報を測定するように構成される。角度検出装置は、可動物体７５００に配置される磁気的なエンコード領域７５０２を具備する。さらに、複数の磁場検出コイル７８００が設けられ、これらは磁気的なエンコード領域７５０２の周囲に沿って配置される。さらにまた、角度位置及び／又は角速度情報の測定部（図示せず）が磁場検出コイル７８００と接続され、磁場検出コイル７８００によって検出された信号が供給される。
【０３４０】
磁場検出コイル７８００は、回転シャフト７５００とともに動く磁気的なエンコード領域７５０２が磁場検出コイル７８００の周辺領域を通過する際に、磁気的なエンコード領域７５０２によって生成される信号を検出するように構成される。角度位置及び／又は角速度情報の測定部は、検出された磁気信号に基づいて可動物体７５００の角度位置情報を測定する。
【０３４１】
図７８は、図７７と比較した場合に、磁気的なエンコード領域７５０２の実際の長さが短くされた角度検出装置について他の例示的実施形態を示す。
【０３４２】
換言すれば、磁気的にエンコードされたリング７５０２の幅（実際の長さ）が異なることを、図７７、図７８に示している。この場合、磁気にエンコードされたリング７５０２は磁気絶縁リング７５０１の周囲に嵌合され、よって非強磁性のメインシャフト７５００を使用できる。
【０３４３】
図７９は、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置を正面からみた図を示し、図８０はその側面図を示す。
【０３４４】
図８０に示すように、２つの磁場検出器７８００が磁気的なエンコード領域７５０２の周囲に沿って配置されることに限らず、３つ、４つ、あるいはそれ以上の磁場検出コイルを配置することも可能である。また、磁気的なエンコード領域７５０２の周囲に隣接して単一の磁場検出コイルを位置させるたけでも十分である。この場合、特に角度の変化を測定可能である。このように、静的な測定だけでなく、動的な測定を実行できる。
【０３４５】
図７９、図８０に示すように、２つ磁場センサー７８００は、（「アナログ信号、１サイクルパターンエンコーディング」を使用する場合に）軸の回転角度位置を正確に定めるために設けることができる。２つの磁場センサ装置７８００は、角度情報を正確に算定するために、相互に９０°の角度間隔をもつ。
【０３４６】
以下に、図８１を参照して、インクリメンタルＰＣＭＥエンコード角度センサー８１００について説明する。
【０３４７】
インクリメンタル非接触式回転角センサーを構築するための、多様な設計上の選択肢がある。センサーホスト内に、非対称的な（又は非中心の）永久磁場をおく代わりに、センサーホスト自体を、永久的な磁気エンコーディングが生じた場所又はその近くで、機械的に変更できる。
【０３４８】
換言すれば、磁気的なエンコード領域から材料を非対称的に除去することによって、磁気的なエンコード領域を形成できる。このような除去は、例えば、フライス加工によって、磁化したシャフトに凹部やリセスを形成することによって行える。
【０３４９】
図８１の左側の図は、例えば、フライス加工によって形成される凹部８１０２を有する、磁気的なエンコード対象物８１０１を示す。
【０３５０】
図８１の右側の例は、センサーホストの凹部８１０２がＰＣＭＥ磁気的エンコード領域の端部近くに設けられることを示す。このＰＣＭＥ磁気的エンコード領域は、周方向を向いた２つの磁化部分８１０３、８１０４によって規定され、これらの部分は互いに反対方向を向いた磁化ベクトルをもつ。
【０３５１】
少なくとも１つの磁気的なエンコード領域から材料を除去して、このような凹部８１０２を形成することの帰結は、磁化プロファイルの非対称的な分布が得られることであり、磁気的なエンコード領域は一様な回転信号をもはや生成しないが、これは、磁束が機械的な凹部８１０２によって妨げられる（つまり、磁束通路が変更される）からである。
【０３５２】
ＰＣＭＥエンコードされたセンサーホストの１回転毎に、磁場検出コイル（図８１には示さない）で測定される信号については、センサーホスト設計が同一でない場所（即ち、センサーホストの機械的な凹部８１０２の位置）で振幅が変化する。この信号の振幅変化は、センサーホストの回転数を計数し、又はセンサーホストの回転速度（「回転速度パルス」）を測定するために使用できる。
【０３５３】
機械的な凹部（深さ、幅、形状等）の寸法は、磁場検出装置によって検出される信号振幅変化を規定する。
【０３５４】
凹部８１０２の幾何学的な構成に関して、多くの変形例が可能である。図８１とは異なり、凹部８１０２はまた、シャフト８１０１の全長方向に亘って設けることもでき、直線的又は螺旋状の形状をもつこともできる。
【０３５５】
あるいは、磁気的なエンコード領域に対して材料を非対称的に付加することによって磁気的なエンコード領域を形成できる。例えば、シャフト８１０１の周囲から材料を除去する代わりに、磁性材料を、周囲に加える（例えば、付着させる）ことができる。これはまた、磁場コイルによって検出可能な磁気信号の回転依存性を変えることもできる。
【０３５６】
以下では、図８２を参照して線図８２００を説明する。
【０３５７】
線図８２００の横座標８２０１に沿って、センサーホストの回転角がプロットされている。また線図８２００の縦座標８２０２に沿って、センサー信号出力を、ボルト単位で示す。３．０ボルトのオフセットが、トルク信号を示す曲線８２０３から分かる。
【０３５８】
また、凹部８１０２に起因して乱される信号の窪み８２０４が、線図８２００に示されている。磁場コイルの位置を、ｍ、ｎ、ｏの文字で示す。つまり、線図８２００は、この場合、３つの磁場コイルｍ、ｎ、ｏを有するセンサアレイによって得られる。信号を乱す窪み８２０４の数をカウントするだけで、回転角度を検出できる。
【０３５９】
回転パルス信号をトルク信号振幅からとり出すために、いくつかの選択肢を利用できる。
１．  並んだ磁場検出器のアレイ（ｍ、ｎ、ｏ）を置くこと。この場合、磁場検出器のアレイは、信号外乱の窪み８２０４を生じさせる、センサーホストの機械的凹部８１０２の物理的寸法よりも大きな領域をカバーする必要がある。この解決策は、それが任意の回転速度で（静止状態から最大の毎分回転数まで）機能するという利点をもつ。
２．  代替として、トルク及び「回転パルス」信号の分離を、受動的又は能動的な電子的ハイパス信号フィルタを用いて実現できる。ハイパス信号フィルタのカットオフ周波数は、センサーホストの公称回転数によって規定できる。この解決策は、１つの磁場検出コイルだけを必要とする（よって低コストで製造できる）が、毎分の低い回転数では、「回転及び速度」信号を抽出できない。
３．  図８３は、図８１の構成と同様の構成を示しており、その右側には、トルクを測定して、センサーホスト８１００の変形部を検出するために、センサーホスト８１００の近くに位置した３つの磁場検出コイル７８００のアレイを有する。これらの磁場検出コイル７８００のアレイは、機械的変形部（例えば、凹部８１０２）の表面の寸法に比べて明らかに大きい領域をカバーする必要がある。
【０３６０】
図８４から分かるように、１つの凹部８１０２に代わって、複数の機械的な改変部（例えば、凹部８１０２や他の変形部）を、センサーホスト８１０１の表面の周方向に亘って位置させることができる。これは、センサーホスト８１０１が回転する場合において常に、信号振幅変化のシーケンス（信号コード）を生成する。機械的な改変部又は変形部８１０２を置く領域は、「コード」領域と呼ぶこともできる。
【０３６１】
次に図８５を参照して線図８５００を説明すると、これは、線図８５００の横座標８５０１に沿ってプロットされるセンサーホストの回転角度依存性をもつ、線図８５００の縦座標８５０２に沿ってプロットされるセンサー信号出力の依存性を示している。
【０３６２】
図８５に示す曲線では、磁場検出器ｐによって検出されたときの、トルク信号８５０３がプロットされ、そして信号を乱す窪み８５０４が同様にプロットされており、これらはシャフト８１０１の回転時に、図８４の凹部８１０２により生じる。
【０３６３】
選定したセンサーホスト表面の変形部８１０２（図８４の例では３つの凹部８１０２）の数に応じて、変形部８１０２が磁場検出装置ｐの下を通過するときには常に、トルクセンサー信号８５０３の振幅が変化する。究極的には、センサーホスト８１０１の周囲全体（「コード」領域）を、規則的又は不規則な形状の変形部でカバーできる。
【０３６４】
次に、図８６を参照して線図８６００を説明すると、横座標８６０１に沿ってプロットされたセンサーホストの回転角の依存性をもつセンサー出力信号を、縦座標８６０２にプロットしている。
【０３６５】
線図８６００は、２つの部分、即ち公称上の回転センサーホスト部分８６０３と、速度を増加した回転センサーホスト速度部分８６０４を含む。
【０３６６】
規則的な形状の変形部８１０２が信号「コード」を定めるために使用される場合に、トルク信号振幅は、センサーホスト８１０１がその軸を中心に回転する速度に関連した周波数で変調されることになる。インクリメンタル角度検出器は、センサーホスト８１０１の３６０°に亘る変形部８１０２の数に、回転速度を乗じて振幅変調周波数を算出する。
【０３６７】
以下では、図８７を参照して、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置８７００を説明する。
【０３６８】
センサーホスト７５００の表面の一部に沿って、磁気的なエンコード領域７５０２が形成される。磁気的なエンコード領域７５０２の異なる部分には、特定の長さ及び第一のコードを有する第一の凹部８７０１が形成され、磁気的なエンコード領域７５０２の第二部分には、第二の凹部８７０２が第二のコードを表す第二の長さをもって形成されている。対応する磁場検出器７８００は、第一の凹部８７０１と第二の凹部８７０２のそれぞれに隣接して位置される。
【０３６９】
磁気的なエンコード領域７５０１の端部に複数のコード領域８７０１、８７０２を位置させることによって、インクリメンタル角度検出装置８７００は絶対角度検出器として機能する。
【０３７０】
結果として生じる磁気信号変調が適切にデコードされて、異なるコードが互いに区別できる程に良質である限り、多くの「コード」領域を磁気的エンコード領域７５０２又はその近傍に配置する方法に制限はない。
【０３７１】
以下に、図８８を参照して線図８８００を説明する。
【０３７２】
線図８８００の横座標８８０１に沿って、センサーホスト８７００の回転角がプロットされている。また縦座標８８０２に沿って、センサー信号出力がプロットされている。線図８８００は、図８７の左側に位置する磁場検出装置７８００によって受信される検出信号を示す。換言すれば、第一のコード、つまり第一の凹部８７０１によって生成される磁気信号が図８８にプロットされている。
【０３７３】
同様に図８９は、センサーホスト８７００の回転角をプロットした横座標８９０１をもち、縦座標８９０２をもった線図８９００を示しており、縦座標に沿って、図８７の右側の磁場検出装置７８００についてのセンサー信号出力が曲線８９０３でプロットされている。つまり、曲線８９０３は第二のコードを示し、これは第二の凹部８７０２に起因して受信される。
【０３７４】
２つの磁場検出器７８００で一緒に測定される信号は、センサーホストの１つの角度位置だけに直接関連がある一意のパターンを生成する。換言すれば、線図８８００と８９００の位置情報の組み合わせ、つまり図８７に示す２つの磁場検出素子７８００の組み合わせによって、図８７に示す角度検出装置８７００の絶対角度位置の明確な測定が可能となる。
【０３７５】
以下に、信号検出及び信号処理の詳細を更に説明する。
【０３７６】
基本的には、如何なる磁場検出装置であっても、センサーホストによって生成される絶対磁場情報の測定に用いることができる。これには、ホール効果センサー、磁気抵抗センサー、巨大磁気抵抗センサー、インダクタ（例えばコイル）が挙げられるが、これらに限定されない。
【０３７７】
インダクタは幾つかの利点をもつので、以下の記載ではインダクタだけを用いる。これらの利点の幾つかは、インダクタが非常にロバストであり、低コストで、広い温度範囲（例えば、−５０°Ｃから＋２００°Ｃ）を有することである。またインダクタは設計サイズが小さく、非常に感度が高い。但し、誘導磁場検出装置を本明細書の記載で使用する箇所において、他の磁場検出装置を代替として同様に使用できる。
【０３７８】
図９０は、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置９０００を示す。
【０３７９】
図９１は、本発明の他の例示的な実施形態による角度検出装置９１００を示す。
【０３８０】
角度検出装置９０００は、平行なコイル軸をもって、磁気的エンコードされたリング７５０２の周囲にある磁場検出コイル７８００の配置を示す。そして、図９０における磁場検出コイル７８００のコイル軸は、シャフト７５００の延びる方向と基本的に平行である。２つ以上の磁場検出コイル７８００については、これらが磁気的にエンコードされたリング７５０２の中心に関して、互いに９０°の角度をもって配置される場合において特に有利である。正弦波信号及び余弦波信号の処理回路装置を用いることで、絶対角度情報を算出できる。
【０３８１】
図９１に示す角度検出装置９１００では、２つの磁場検出コイル７８００だけを示し、これらは磁気的にエンコードされたリング７５０２の近くで、ある角位置に置かれる。図９１の磁場検出コイル７８００のうちの１つが、リング７５０２の軸、つまりシャフト７５００の延びる方向（インライン、つまり軸方向）に対して平行に位置されるのに対して、他の磁場検出コイル７８００は、９０°の角度で回転された状態で、磁気的にエンコードされたリング７５０２に向いている（半径方向）。必要とされる正弦波信号及び余弦波信号の情報はこの場合、１つのセンサ位置だけから取り出され、これによってセンサーハウジングの物理的設計サイズを小さくできる。
【０３８２】
以下に、図９２及び図９３を参照して、４つの磁場検出コイル７８００をもつ構成における、自動信号振幅の補償について説明する。
【０３８３】
図９２は、センサーホストの回転角をプロットした横座標９２０１を有する線図９２００を示す。縦座標９２０２に沿ってセンサー信号出力がプロットされており、これは、図９３に示す磁場検出コイル７８００のいずれかによって検出される。その結果、信号振幅「Ａ」を有する測定曲線９２０３が得られる。
【０３８４】
図９３は磁気的なエンコード領域７５０２の位置と、非対称的な信号分布９３００を示しており、この分布はシャフトとともに磁気的なエンコード領域７５０２が回転するときに、磁気的なエンコード領域７５０２によって生成される。従って、磁場検出コイル７８００の信号振幅は固有の値をもつ。
【０３８５】
図９２、図９３から分かるように、磁場検出コイル７８００を、図９３に示す角度センサーの磁気的エンコード領域７５０２の周囲に９０°毎に配置させることによって、絶対角度センサー信号に対する実際の「ゼロ」オフセット電圧を算定できる。「ゼロ」オフセットラインｚは、全部で４つの磁場検出コイル７８００からの読み取り値についての平均値、つまり「ｚ＝（ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ）／４」である。
【０３８６】
以下では、図９４を参照して線図９４００について説明する。線図９４００の横座標９４０１に沿って、図９３に示すセンサーホストの回転角がプロットされている。また線図９４００の縦座標９４０２に沿って、センサー信号出力を示している。さらに、絶対角度信号のゼロオフセットライン９４０４が示されている。
【０３８７】
ゼロオフセットライン９４０４に対する、各磁場検出コイルｅ、ｆ、ｇ、ｈの信号差を算出して、これらの磁場検出コイル７８００に対する相対的な差を算定することにより、図９３に示すセンサーホストの回転角位置毎に一意とされる信号パターンが得られる。
【０３８８】
以下に、図９５を参照して、可動物体７５００について２つ以上のパラメータを測定可能なマルチパラメータ検出装置９５００を説明する。
【０３８９】
このマルチパラメータ検出装置９５００は、角度検出装置９５０１（図９５に概念的に示す）を具備し、これは可動物体７５００の角度位置情報を測定するように構成される。さらに、マルチパラメータ検出装置９５００は、可動物体７５００にかかるトルクを検出する能力をもつ（参照符号９５０２によって図９５で概念的に示す）。
【０３９０】
（例えば、上述のＰＣＭＥ技術によって）磁気的に処理されたセンサーホスト７５００は、複数の物理パラメータを同時に検出し、又は測定することができる。図９５に示す図では、このような多機能ＰＣＭＥセンサの一例が挙げられ、これはリアルタイムで、トルクと角度を同時に測定する能力がある。
【０３９１】
特に、磁場検出コイル（図９５には示さない）の１つによって検出される磁場検出信号に基づいて、可動物体７５００の回転から絶対角度及びトルクを算出可能である。
【０３９２】
「アナログ信号、１サイクルパターン」の磁気ＰＣＭＥエンコーディングを使用する場合に、絶対角度センサー信号について算定される「ゼロ」オフセットラインは、加えられたトルク力に関連して変化する。
【０３９３】
以下に、図９６を参照して線図９６００について説明する。
【０３９４】
線図９６００の横座標９６０１に沿って、センサーホストの回転角度がプロットされている。また線図９６００の縦座標９６０２に沿って、センサー信号出力がプロットされている。
【０３９５】
図９６には、３本の曲線を示す。「Ｋ」を付した曲線は、マルチパラメータ検出装置９５００のトルクを増加させた場合の信号レベル変化を示す。図９６における中間曲線は、絶対角度信号の「ゼロ」オフセットラインと称している。図９６において「Ｌ」を付して示す下方の曲線は、トルクを減少させた場合の信号レベル変化を示す。
【０３９６】
図９６から分かるように、加えた回転トルク力が大きくなると、磁場検出コイルによって生成される出力信号が大きくなる（曲線「Ｋ」）。加える回転トルク力が小さくなると、磁場検出コイルによって生成される際の出力信号が小さくなる（曲線「Ｌ」）。角度検出器の「ゼロ」オフセットラインの絶対値は、加えた回転トルク力に相当する。
【０３９７】
ＰＣＭＥエンコーディングプロセス及び使用する信号調整装置に応じて、測定信号をトルクと角度位置に分離することは、上記のように、自動信号振幅補償プロセスを使用する場合にのみ可能である。場合によっては、疑似正弦波状角度信号の振幅が、加えたトルク力に関して増減される。
【０３９８】
以下に、図９７を参照して、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置９７００について説明する。
【０３９９】
角度検出装置９７００の場合、２つの異なる磁気的なエンコード領域７５０２は、シャフト７５００の異なる部分に設けられる。磁気的なエンコード領域７５０２の各々の近傍には、割り当てられた磁場検出コイル７８００が位置する。図９７から分かるように、磁気的なエンコード領域７５０２の磁化方向は、互いに反対方向を向いている。
【０４００】
換言すれば、２つ以上、例えば、シャフト７５００の延びる方向に沿って配置される、２つ又は３つ以上の磁気的なエンコード領域をもつことが可能である。外乱の影響（例えば、地磁気による恒常的な影響や、センサーの環境における他の磁気的な能動デバイスからの妨害の影響）を抑制するために、示差測定を実行できる。
【０４０１】
図９８は、センサーホスト９７００の回転角をプロットした横座標９８０１を有する線図９８００を示す。縦座標９８０２に沿って、図９７の左側の磁場検出コイル７８００のセンサー信号出力がプロットされている。曲線９８０３から分かるように、擬似正弦波信号をこのデバイスで測定できる。
【０４０２】
図９９は、センサーホスト９７００の回転角度をプロットした横座標９９０１を有する線図９９００を示す。縦座標９９０２に沿って、図９７の右側に示す磁場検出コイル７８００で検出されるセンサー信号出力がプロットされている。図示のように、結果として得られる曲線９９０３は、図９８に示す曲線に対して「逆」である。
【０４０３】
「差分領域磁気処理」をセンサーホスト９７００に適用する場合に、（例えば、近くに位置した電磁的に作動するアクチュエータによって生じる）不均一な漂遊磁場に対処可能な角度検出システムを設計することは容易である。
【０４０４】
しかし、差分領域磁気処理を用いない構成は、所要スペースが少なく、低コストで製造できる。
【０４０５】
以下に、図１００を参照して角度検出装置を示すが、該装置は、磁気的なエンコード領域７５０２が生成される表面においてシャフト７５００の全長に亘る溝１００００を有する。図１００は、このような溝を有する、この角度検出装置を三次元的に見た図と横断面図を示す。
【０４０６】
さらに、図１００は磁気的なエンコード領域７５０２を有するセンサーホストと、磁気的なエンコード領域７５０２の表面に付設された磁性素子１０００１の横断面図を示しており、磁性素子１０００１は一次元的な棒状に形成される。このように、溝１００００を有する構成と棒１０００１を有する構成とは相補的である。
【０４０７】
図１０１は、表面上に歯部１０１００をもった、ある種のリングとして実現される磁気的なエンコード領域７５０２を有するシャフト７５００を示す。歯部１０１００は、シャフト７５００の延びる方向に対して直交する方向に延在する。
【０４０８】
図１０２は、リング状の磁気的なエンコード領域７５００を付設したシャフト７５００を示し、該領域はシャフト７５００の延在方向と基本的に平行して延びる歯１０２００を有する。
【０４０９】
図１０３は、角速度情報を測定するために、本発明の例示的な実施形態による角度検出装置について適用可能性を示す。
【０４１０】
本発明の重要な局面は、「角度」の検出である。また速度計側にも有益とされる。つまり、角度検出技術は速度情報の生成にも使用できる。これは、マイクロコントローラを使った正攻法のプロセスである。マイクロコントローラへの入力は、時間間隔や絶対角度情報でもよい。マイクロコントローラの出力は、デジタル形式（テキスト／数値、又はパルス）の速度情報とされ、あるいはアナログ速度値でもよい。
【０４１１】
この用途に関連した幾つかの態様を図１０３に示す。
【０４１２】
本発明の一実施形態によれば、複数の異なる磁場コイルが使用され、これらは正確に１つの磁気的エンコード領域の周囲に配置される。あるいは、２つ以上の磁気的エンコード領域を並べて配置することができ、それによって、例えば、磁気的エンコード領域の各々は９０°の角度で回転できる。０°及び９０°方式（２つの磁気エンコード領域が角度位置の算出に必要とされる）を使用する代わりに、０°、１２０°、及び２４０°方式（３つの磁気領域が必要とされる）を使用することもできる。
【０４１３】
「備える」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、また「１つの」は複数を排除しないことに留意されたい。また、各種実施形態に関連して記載した要素を結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０４１４】
【図１】本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーを製造する方法を説明するために、本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子を持つトルクセンサーを示す図である。
【図２Ａ】本発明の原理及び本発明の製造方法における１つの典型的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサーのセンサー素子における１つの典型的な実施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によるトルクセンサーの製造方法における１つの典型的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサーのセンサー素子の別の典型的な実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢＢ’線に沿った断面図を示す。
【図４】本発明の１つの典型的な実施形態による方法に従って製造された図２Ａ及び３Ａのトルクセンサーにおけるセンサー素子の断面を示す図である。
【図５】本発明によるトルクセンサーを製造するための製造方法について典型的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサーのセンサー素子における別の典型的な実施形態を示す図である。
【図６】本発明によるトルクセンサーの製造方法の典型的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサーのセンサー素子における別の典型的な実施形態を示す図である。
【図７】本発明によるトルクセンサーを製造する方法の、ある典型的な実施形態を更に説明するためのフローチャート図である。
【図８】本発明の１つの典型的な実施形態による方法を更に説明するための電流対時間を示すグラフである。
【図９】本発明の１つの典型的な実施形態による電極システムを持った、本発明によるトルクセンサーのセンサー素子における別の典型的な実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の１つの典型的な実施形態による電極システムを持った、本発明によるトルクセンサーの別の典型的な実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの電極システムを用いて電流サージを加えた後の図１０Ａのセンサー素子を示す図である。
【図１１】本発明によるトルクセンサーのためのトルクセンサー素子における、別の典型的な実施形態を示す図である。
【図１２】２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、本発明の別の典型的な実施形態によるトルクセンサーのセンサー素子の概略図を示す。
【図１３】本発明による製造方法に従って生成される２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ための別の概略図を示す。
【図１４】機械的応力が本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子に加わらない時、磁束線がその元来の経路を走ることを図示するための別の概略図を示す。
【図１５】本発明の１つの典型的な実施形態の原理を更に説明するための別の概略図である。
【図１６】本発明の１つの典型的な実施形態の原理を更に説明するための別の概略図である。
【図１７】本発明の１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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１つの典型的な実施形態の原理を説明するための別の概略図である。
【図２４】本発明の１つの典型的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２５】本発明の１つの典型的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２６】本発明の１つの典型的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２７】本発明の１つの典型的な実施形態の製造方法によるセンサー素子に加えられる電流パルスを図示するための電流対時間図である。
【図２８】本発明の１つの典型的な実施形態による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ー素子に加えられる本発明の１つの典型的な実施形態による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１つの典型的な実施形態の方法によるシャフトのようなセンサー素子に加えられる電流パルスについて、１つの典型的な実施形態を示す別の電流対時間図である。
【図３１】本発明の１つの典型的な実施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１つの典型的な実施形態による望ましいＰＣＭＥ電流密度をもつセンサー素子の断面図である。
【図３３】本発明の１つの典型的な実施形態による、各種の増加するパルス電流レベルでのセンサー素子及びパルス電流密度を示す断面図である。
【図３４】本発明によるセンサー素子において、異なる電流パルスの磁気流により達成される間隔を示す図である。
【図３５】本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー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１つの典型的な実施形態によるセンサー素子への電気的な多点接続を示す図である。
【図３７】本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子に対して、電流パルスを加えるバネ装填の接触点を有する多チャンネルの電気接続具を示す図である。
【図３８】本発明の１つの典型的な実施形態による、増加された数の電気接続点を持つ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１つの典型的な実施形態を示す。
【図４０】本発明の１つの典型的な実施形態による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ー素子の２重磁場エンコード領域を示す図である。
【図４２】本発明の１つの典型的な実施形態による、順次の２重磁場エンコーディングの工程段階を示す図である。
【図４３】本発明の別の典型的な実施形態による２重磁場エンコーディングについて別の工程段階を示す図である。
【図４４】本発明の別の典型的な実施形態に従って、電流パルスの印加の説明を含む、センサー素子について別の典型的な実施形態を示す図である。
【図４５】応力を加えない時の本発明によるセンサー素子内の磁束方向を示す概略図である。
【図４６】応力を加えた時に図４５のセンサー素子内における磁束方向を示す図である。
【図４７】加えたトルクの方向が変化している時に図４５のＰＣＭエンコードされたシャフト内部の磁束を示す図である。
【図４８】本発明の１つの典型的な実施形態による６チャンネル同期パルス電流駆動システムを示す図である。
【図４９】本発明の別の典型的な実施形態による電極システムを簡略化して示す図である。
【図５０】本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子を示す図である。
【図５１】２つのピン止め磁場領域とともにＰＣＭＥ処理検出領域を有する、本発明によるセンサー素子の別の典型的な実施形態を示す図である。
【図５２】１つのエンコードされた領域及びピン止め領域を持つセンサー素子の製造のために、本発明の１つの典型的な実施形態による製造方法を説明するための概略図である。
【図５３】本発明の１つの典型的な実施形態による製造方法に従って本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子を示す別の概略図である。
【図５４】本発明の１つの典型的な実施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１つの典型的な実施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】モーターのギヤボックスにおける本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーの適用を示す図である。
【図５７】本発明の１つの典型的な実施形態によるトルクセンサーを示す図である。
【図５８】本発明の１つの典型的な実施形態による非接触トルク検出装置における構成要素の概略図である。
【図５９】本発明の１つの典型的な実施形態による検出装置の構成要素を示す図である。
【図６０】本発明の１つの典型的な実施形態によるセンサー素子のコイル配置を示す図である。
【図６１】本発明の１つの典型的な実施形態による単一チャンネルセンサ機器を示す図である。
【図６２】本発明の１つの典型的な実施形態による２チャンネルの短絡保護システムを示す図である。
【図６３】本発明の別の典型的な実施形態によるセンサーを示す図である。
【図６４】本発明の１つの典型的な実施形態による二次側センサユーニットの組み立てについて、１つの典型的な実施形態を示す図である。
【図６５】本発明の１つの典型的な実施形態による一次側センサー及び二次側センサーの幾何学的な配置の２形態を示す図である。
【図６６】二次側センサーとセンサーホストとの間隔が出来るだけ小さい方が望ましいことを説明するための概略図である。
【図６７】一次側センサーのエンコーディング装置について実施形態を示す図である。
【図６８Ａ】本発明の典型的な実施形態による、可動物体の磁化方法を説明するための図である。
【図６８Ｂ】図６８Ａと比較される、代替の幾何学的構成を示す図である。
【図６９Ａ】対称的な磁化方式の場合にセンサー信号出力を示す図である。
【図６９Ｂ】対称的な磁化方式の場合にセンサー信号出力を示す図である。
【図７０Ａ】本発明の典型的な実施形態による、信号センサー出力及び磁化可能物体を偏心させた方法で磁化させる幾何学的配置を示す図である。
【図７０Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、信号センサー出力及び磁化可能物体を偏心させた方法で磁化させる幾何学的配置を示す図である。
【図７１】本発明の典型的な実施形態による、磁化可能物体の磁化装置を示す図である。
【図７２】本発明の典型的な実施形態による、物体の磁化装置の別例を示す図である。
【図７３Ａ】図７１と比較される、別の幾何学的構成を示す図である。
【図７３Ｂ】図７１と比較される、別の幾何学的構成を示す図である。
【図７３Ｃ】図７１と比較される、別の幾何学的構成を示す図である。
【図７４Ａ】本発明の典型的な実施形態による、磁化可能物体の磁化装置を示す図である。
【図７４Ｂ】図７４Ａに従って磁化される磁化可能物体の表面のチェス盤状構造を示す図である。
【図７５】本発明の典型的な実施形態による、角度検出装置の製造方法を説明するための図である。
【図７６Ａ】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図７６Ｂ】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図７７】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図７８】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図７９】本発明の典型的な実施形態による別の角度検出装置を示す図である。
【図８０】図７９の構成の断面図である。
【図８１】本発明の典型的な実施形態による、磁気的なエンコード領域をもった物体を示す図である。
【図８２】図８１に示す角度位置に応じた磁場検出信号を概略的に示す図である。
【図８３】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図８４】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図８５】センサーホストの回転角に応じた、センサー信号出力のグラフを示す図である。
【図８６】センサーホストの回転角に応じた、センサー信号出力のグラフを示す図である。
【図８７】本発明の典型的な実施形態による、角度検出装置を示す図である。
【図８８】回転角の依存性をもつ磁場検出信号を示すグラフである。
【図８９】回転角の依存性をもつ磁場検出信号を示すグラフである。
【図９０】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図９１】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図９２】回転角によるセンサー出力信号の依存性を示すグラフである。
【図９３】本発明の典型的な実施形態による、偏心磁気エンコーディングについて磁気検出要素の配置を示す図である。
【図９４】回転角の依存性をもつセンサー出力信号を示す図である。
【図９５】本発明の典型的な実施形態によるマルチパラメータ検出装置を示す図である。
【図９６】本発明の典型的な実施形態による、センサーホストの回転角についてのセンサー信号出力の依存性を示す図である。
【図９７】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図９８】図９７の可動物体の回転角依存性をもつセンサー信号出力を示す図である。
【図９９】図９７の可動物体の回転角依存性をもつセンサー信号出力を示す図である。
【図１００】非対称的な磁気的エンコード領域を生成するため、可動物体の表面において、偏心した長手方向のスリットを有する可動物体を示す図である。
【図１０１】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図１０２】本発明の典型的な実施形態による角度検出装置を示す図である。
【図１０３】本発明の典型的な実施形態による角速度情報測定用の角度検出装置について適用可能性を示す図である。
【図１】
2009500637.tif 000004
【図２Ａ】
2009500637.tif 000005
【図２Ｂ】
2009500637.tif 000006
【図３Ａ】
2009500637.tif 000007
【図３Ｂ】
2009500637.tif 000008
【図４】
2009500637.tif 000009
【図５】
2009500637.tif 000010
【図６】
2009500637.tif 000011
【図７】
2009500637.tif 000012
【図８】
2009500637.tif 000013
【図９】
2009500637.tif 000014
【図１０Ａ】
2009500637.tif 000015
【図１０Ｂ】
2009500637.tif 000016
【図１１】
2009500637.tif 000017
【図１２】
2009500637.tif 000018
【図１３】
2009500637.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
2009500637.tif 000021
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2009500637.tif 000027
【図２２】
2009500637.tif 000028
【図２３】
2009500637.tif 000029
【図２４】
2009500637.tif 000030
【図２５】
2009500637.tif 000031
【図２６】
2009500637.tif 000032
【図２７】
2009500637.tif 000033
【図２８】
2009500637.tif 000034
【図２９】
2009500637.tif 000035
【図３０】
2009500637.tif 000036
【図３１】
2009500637.tif 000037
【図３２】
2009500637.tif 000038
【図３３】
2009500637.tif 000039
【図３４】
2009500637.tif 000040
【図３５】
2009500637.tif 000041
【図３６】
2009500637.tif 000042
【図３７】
2009500637.tif 000043
【図３８】
2009500637.tif 000044
【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８Ａ】
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【図６８Ｂ】
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【図６９Ａ】
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【図６９Ｂ】
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【図７０Ａ】
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【図７０Ｂ】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３Ａ】
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【図７３Ｂ】
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【図７３Ｃ】
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【図７４Ａ】
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【図７４Ｂ】
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【図７５】
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【図７６Ａ】
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【図７６Ｂ】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【国際調査報告】
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