(57)【要約】変位を計測するための変換器は変換器アセンブリを含み、そのアセンブリ中、軸（Ａ）の周囲に巻かれ、励起されると磁場を発生させることができるコイル（２２）と、間にあるコイルと軸方向に離間し、それぞれがコイルに隣接してコイルの励起によって発生する磁場成分に応答する第一及び第二の磁場センサ装置（ＭＦＳＩ、２）と、がある。強磁性部材（３０）が、コイルによって発生する磁場と相互作用するように配置され、強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、第一及び第二のセンサ装置によって感知される各磁場成分の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしている。強磁性管（１０）中の２０Hz〜１００Hzパルス（２２０）。また、２個のコイル（２１２、２１４）及び１個のセンサ装置（２１８）。また、シャフト（２１０）のトルク。
2005517946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位を計測するための変換器であって、
軸の周囲に巻かれ、励起されると磁場を発生させることができるコイルと、間にあるコイルと軸方向に離間し、それぞれがコイルに隣接してコイルの励起によって発生する磁場成分に応答する第一及び第二の磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
コイルによって発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と、
を含み、
強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、第一及び第二のセンサ装置によって感知される各磁場成分の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしている変換器。
【請求項２】
前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項１記載の変換器。
【請求項３】
強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置されている、請求項１又は２記載の変換器。
【請求項４】
前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている、請求項３記載の変換器。
【請求項５】
強磁性部材が環の形状であり、部材及びコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項４記載の変換器。
【請求項６】
強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項５記載の変換器。
【請求項７】
強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項１〜６のいずれか記載の変換器。
【請求項８】
相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記第一及び第二のセンサ装置が互いに反対にその回路に接続されて、出力信号が、それらによって感知される各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項１〜７のいずれか記載の変換器。
【請求項９】
前記コイルを励起するために接続されたＡＣ電源をさらに含む、請求項１〜８のいずれか記載の変換器。
【請求項１０】
前記ＡＣ電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項９記載の変換器。
【請求項１１】
変位を計測するための変換器であって、
それぞれ軸の周囲に巻かれ、軸方向に離間し、励起されてコイル間の領域に対向する磁場を発生させるように相互接続されている第一及び第二のコイルと、前記領域中に配置され、その中で発生する対向する磁場の平衡に応答する磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
励起されたコイルによって前記領域中に発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と
を含み、
前記強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、前記センサ装置によって感知される対向する磁場の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしている変換器。
【請求項１２】
前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項１１記載の変換器。
【請求項１３】
強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置されている、請求項１１又は１２記載の変換器。
【請求項１４】
前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている、請求項１３記載の変換器。
【請求項１５】
強磁性部材が環の形状であり、一方では部材が、ならびに他方では第一及び第二のコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項１４記載の変換器。
【請求項１６】
強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項１５記載の変換器。
【請求項１７】
強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項１〜１６のいずれか記載の変換器。
【請求項１８】
相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記センサ装置がその出力回路に接続されて、出力信号が、第一及び第二のコイルによって発生する各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項１１〜１７のいずれか１項記載の変換器。
【請求項１９】
前記コイルを励起するために接続されたＡＣ電源をさらに含む、請求項１１〜１８のいずれか１項記載の変換器。
【請求項２０】
前記ＡＣ電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項１９記載の変換器。
【請求項２１】
前記コイルが前記電源に直列に接続されている、請求項１９又は２０記載の変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、変位、特に線形変位又は位置を計測するための磁気ベースの変換器に関する。本発明はさらに、変換器アセンブリ、特に磁気ベースの変換器及び変換器アセンブリに関する。
【０００２】
発明の背景
シャフト又はトルクを伝達するための他の部品のトルクを計測するために磁気変換器技術が広く受け入れられるようになった。磁気ベースのトルク変換器は、特に、縦軸を中心にして回転するシャフトのための非接触トルクセンサに用途を見いだしている。一以上の変換器要素として使用される一以上の磁気領域がシャフト中又はシャフト上に生成されて、シャフトに対して外にあるトルク依存磁場成分を発生させ、この成分が、シャフトと接触しないセンサ構造によって検出される。
【０００３】
トルク又は力を計測する際に使用される原理は、変位の計測に応用することもできる。以下の記載はシャフトに関するが、断りない限り、部品一般の変位の計測にも適用されるということが理解されよう。
【０００４】
磁気変換器中で変換器要素として使用される磁気領域の１種は、外部磁場を発生させる永久磁化又は貯蔵磁化の領域であるという点で自己励起性である。変換器領域は、所定の磁化構造がその中に貯蔵されている点で「コード化されている」ということもある。
【０００５】
変換器要素は、シャフト又は部品の強磁性一体領域の貯蔵磁化又は永久（残留）磁化の領域に形成することができる。この種の変換器要素は、ＰＣＴ出願公開公報ＷＯ９９／５６０９９、ＷＯ０１／１３０８１及びＷＯ０１／７９８０１に開示されている。貯蔵磁化は、ＷＯ９９／５６０９９に開示されているような、強磁性シャフトの一体領域で円周方向磁化として知られる種であってもよいし、米国特許第５３５１５５５号に開示されているような、シャフトに固着された円周方向に磁化された環であってもよい。もう一つの形態の貯蔵磁化は、貯蔵磁化がシャフトの周囲の環状部にあるシャフトの一体部分であり、縦方向、すなわちシャフト軸の方向にある。縦方向磁化の１種が、円周方向（接線方向）感知性縦方向磁化として知られ、ＷＯ０１／１３０８１に開示されている。もう一種が、ＷＯ０１／７９８０１に開示されているプロフィールシフト縦方向磁化として公知である。
【０００６】
これらのすべての形態の変換器磁化は、永久磁石に貯蔵された残留磁性によって発生する単極磁束で作用するという意味で「ＤＣ」磁化である。
【０００７】
自己励起変換器要素とともに使用されるセンサ装置は、ホール効果型、磁気抵抗型又は飽和コア型であることができる。これらのセンサ装置は向きに敏感である。最大応答の軸と、直交する最小応答の軸とを有している。
【０００８】
もう１種の磁気変換器領域は、その領域の周囲に巻かれた励起コイルによって外部的に励起される。外部的に励起される変換器の一つの形態は、領域が励起巻きを検出器巻きに結合する変圧器型である。たとえば、変換器要素の透磁性はトルク依存性であることができる。変圧器型の変換器はＡＣ励起される。変圧器型の変換器の一例は、変換器領域が所望の磁気異方性を表面に有するように特別に調製されているＥＰ−Ａ−０３２１６６２に開示されている。
【０００９】
おおむね未知かつ予測不能であるタイプの干渉磁場が存在する状況で計測を実施しなければならないこともある。このような磁場は、製造工場及び同様な環境で発生しがちである。磁場干渉が、とりわけ、局所電力線周波数で単極磁場、ノイズスパイク及び「ＡＣ」磁場から発生することがある。
【００１０】
外部的に励起される変換器要素のもう一つの形態が、加わるトルクが計測されるところのシャフトと同軸に取り付けられた１個以上のコイルの励起からシャフトの領域の磁化が生じるＷＯ０１／２７５８４に開示されている。コイルどうしは軸方向に離間し、それらの間に変換器領域を画定している。コイル間の変換器領域で同じ方向に磁場を発生させるため、コイルどうしは直列に接続されている。コイルが励起されて所与の極性の縦方向磁場を誘導する。変換器領域の縦方向磁場は、シャフトに加えられるトルクに依存する方向及び程度に偏向されて、トルクの関数である外部円周方向（接線方向）磁場成分を生成する。磁場の軸方向成分が別個に検出されて、円周方向成分を計測するときに参照するための基準が提供される。コイルがＤＣ励起されるならば、得られる磁場は、他の局所磁場、たとえばトルクが計測されるシャフトに沿って延びる磁場による干渉を受けるかもしれない。
【００１１】
ＷＯ０１／２７５８４に開示されているトルク計測システムでは、離間したコイルの対が、ノイズ周波数、たとえば本線電力周波数から区別できるように選択される周波数でＡＣ励起され、センサ出力もまた、周波数選択的な方法で検出される。トルク依存「ＡＣ」又は交互極性（ＡＰ）磁場成分が検出される。ＡＣ励起を使用することにより、干渉ＤＣ磁場を区別することができ、局所電力線又は電源周波数、たとえば５０又は６０Hzのような干渉から区別するためのＡＣ周波数を選択することができる。検出は、ＡＣ励起と同期的であってもよい。感知される外部磁場は、変換器領域に取り付けられた１対の離間した磁性材料のカラーによって増強されて、カラー間の凹みで変換器領域の縦方向磁場の外部成分の確立が支援される。トルク依存磁場に応答するセンサ構造がこの凹みに円周方向（接線方向）配置で配置される。
【００１２】
上記変換器には、変換器領域が貯蔵磁化でコード化されていなくてもよいという利点がある。それにもかかわらず、離間した１対のコイルの間に変換器領域が画定されなければならない。
【００１３】
従来技術はまた、２個以上のセンサ装置を使用して潜在的な計測誤差を補正し、干渉磁場の影響を無効化するのに役立つ種々の磁場センサ構造を開示している。小さなものではあるが、そのようなセンサ構造は、空間が重要視される状況では収容しにくいこともある。
【００１４】
発明の概要
本発明は、ギヤシフトハウジングに取り付けられたクラッチの線形運動の計測に関連して開発されたものである。生じる特定の問題は、変換器の主要な要素を、強磁性材料でできているハウジング内に取り付けなければならないという要件である。しかし、本明細書に記載する計測技術は、より汎用性があり、クラッチへの応用に限定されない。記載される変換器システムは、ギヤシフトのハウジングによって提供される強磁性壁をはさんでクラッチ機構の変位の非接触計測を提供する。
【００１５】
保護が考慮される本発明の態様及び特徴は、請求の範囲に記載される。
【００１６】
本発明は、磁気ベースの変換器が干渉磁場からの影響をより受けないようにする技術を提供しようとする。また、これは、変位依存磁場成分を検出するための１個のセンサ装置を使用してコンパクトな形態で具現化することができる。このために、変換器要素が、１対の離間したコイル又は１個のコイルの励起によってその中に生成される変位依存磁場成分を有する。変換器領域は、交互極性の短期磁気パルスに付され、センサ構造によって検出されるこれらのパルスに対して示差計測が行われる。具体的には、示差計測はピーク間計測である。このような計測は、一つの場所で作用する１個のセンサ装置を援用して満足に実現することができる。
【００１７】
本明細書で以下に説明するように、本発明は、敵対的な環境、たとえば衝撃を受けやすい環境及び予測不可能な性質の干渉磁場が発生するおそれのある環境で具現化することができる。
【００１８】
本発明の態様及び特徴は、請求の範囲に記載される。
【００１９】
添付図面を参照しながら本発明及びその実施をさらに説明する。
【００２０】
好ましい実施態様の説明
図１は、鋼又は他の強磁性材料であると想定する管１０（円周方向で閉じている）の縦断面を示す。管は、たとえば、管の軸Ａ−Ａに沿って延びるギヤシャフト（図示せず）を収容することができる。磁気変換器アセンブリ２０が管の中に取り付けられ、管の外に取り付けられた機構（図示せず）の軸方向変位（Ｓ）に応答することを要求される。管壁をはさんで変換器アセンブリを管の外に磁気的に結合するために、変換器アセンブリの近くで機構とともに動いて内部アセンブリ２０の動作に影響するための強磁性材料の部材３０が設けられている。
【００２１】
一つの実施態様では、変換器アセンブリは、管の内壁面１２又はそれに隣接して取り付けられた、軸Ａ−Ａを中心にして巻かれたコイル２２、たとえばヘリカルコイルを含む。コイルの各端に隣接するところには、磁場の軸方向成分に応答するための磁気センサ装置ＭＦＳ１及びＭＦＳ２がそれぞれ取り付けられている。適当なセンサ装置は、磁気抵抗型、ホール効果型又は飽和コア型を含む。本発明は、ＰＣＴ特許出願公開公報ＷＯ９８／５２０６３に記載されている種の信号コンディショニング・処理回路に接続された飽和コア型センサを用いて具現化されている。
【００２２】
コイル２２は、交流、好ましくは図１８ａ〜２５を参照しながら以下に記載する種のスパイク状の低デューティサイクル双極パルス波形によって励起される。
【００２３】
はじめに、部材３０が省略されている状況を考察すると、コイル２２が励起されると、コイルの両端に隣接する磁場がそれぞれ装置ＭＦＳ１及びＭＦＳ２によって感知される。これらの装置を相互接続して、感知された磁場が等しい大きさであるならば結果的にゼロの合計出力につながる中和的出力を提供することもできる。残留オフセットがあるかどうかは必ずしも問題にはならない。
【００２４】
次に、部材３０の影響を考察する。これは、好ましくは、管１０及びその中のコイル２２を包囲する強磁性の環として実現される。管及び環の形状は、もっとも適当には円形であるが、それが必須ではない。環は、管の外面１４への締り嵌めであるが、管に沿って摺動するこができる。環は、軸方向変位が計測される機構の一部であってもよいし、機構に固着されてそれとともに動く別個の部品であってもよい。環３０に結合するのに十分な磁場が管１０の外面１４に存在するならば、環の軸方向の線形動が、センサ装置ＭＦＳ１及びＭＦＳ２によって検出される磁場成分の相対的平衡に影響を及ぼすということがわかった。この相対的平衡の変化が、軸Ａ−Ａに沿う環３０の変位（位置）の測度として使用される。
【００２５】
図２は、センサ装置が接続されている変換器出力回路４０のブロック図を示す。図２中、ＷＯ９８／５２０６３に記載されている種の信号コンディショニング回路４２は、回路に反対に接続された２個の装置ＭＦＳ１及びＭＦＳ２を有している。すなわち、検出される磁場の大きさが平衡しているならば、得られる回路の出力ＶSはゼロになる。コイル２２の励起周波数のＡＣ信号である出力信号は、好ましくは積分／フィルタ回路を組み込む整流回路４４に印加されて、図３に示すような、軸Ａ−Ａに沿う変位Ｓの関数、好ましくは一次関数である出力信号ＶOを発する。
【００２６】
磁場発生コイルは、図４ａに示すようなスパイク状の双極パルス信号によって励起される。図４ｂ及びｃは、環３０の異なる位置に関する、回路４２からの対応する出力信号ＶSを示す。
【００２７】
コイル２２に隣接するところへのセンサ装置ＭＦＳ１及びＭＦＳ２の取り付けは、同様な考察を提起し、図６〜１７を参照して以下に記載する磁気トルク変換器のための変換器アセンブリに関連して教示される技術を使用することができる。
【００２８】
図４ａに示すパルス波形の発生及び使用は、図１８ａ〜２５を参照しながら以下さらに詳細に説明する。
【００２９】
図１８ａ〜２５の教示及びその記載を適用するためには、以下の点が留意される。
【００３０】
材料、特に管１０は、磁気的に中性に維持される。残留又は貯蔵磁化の増強はできるだけ避けなければならない。提案されたパルス駆動波形及びその振幅は、時間の経過とともに平均して管を磁気的中性に維持することを目的とする。
【００３１】
ＡＣパルス駆動は、管壁を貫通する又は「透視する」のに十分な低さの周波数であるべきである。通常、管は、直径５０mm、壁厚さ２mmであることができる。このためには、１００Hz以下のパルス周波数が望ましいと考えられ、より好ましくは、２０Hz領域までのより低い周波数である。壁厚さ２mm未満の小さめの管の場合、より高い駆動周波数を考慮することができる。
【００３２】
外部部材３０を含む完全な変換器の感度もまた、駆動電流の関数である。開示したパルス電流を用いると、短期電流パルスそのものがたとえば２Ａの大きさであることができる。低いデューティサイクルのせいで、電流の平均的大きさは約１００mAであると思われる。
【００３３】
開示したＡＣパルス励起の利点は、
温度又は迷磁場（ストレィフィールド）によるオフセットがないこと、
より低い平均電流消費、
信号をフィルタリングし、ノイズを除去することが容易であること、
材料が磁気的中性に維持されること
である。
【００３４】
本発明の第二の実施態様が、管１０及び摺動部材３０、たとえば環が前記のとおりである図５に示されている。しかし、この場合、変換器アセンブリ５０は、１対の軸方向に離間したコイル５２及び５４を領域１６で使用し、それらの間に前記（図２）のような磁場センサ装置ＭＦＳが取り付けられ、信号コンディショニング回路に接続されている。ＭＦＳは縦方向磁場成分に応答する。両コイルは直列に接続されて、上記のようにＡＣパルス波形によって駆動される。直列接続は、領域１６中でコイルによって発生する磁場が対向し、装置ＭＦＳで互いを無効にするように作用するような直列接続である。環部材３０は管１０及び領域１６を包囲してコイル磁場と相互作用する。磁場の平衡は、部材３０の軸方向位置によって影響を受けて、位置依存出力信号を発することを可能にする。図示する直列接続の場合、両コイルは、巻き数を含め、同じサイズであると想定する。コイルは、並列励起することもできる。異なるサイズのコイルを使用してもよい。
【００３５】
上記の本発明の実施態様は、変換器の可動部品が、貫通されなければならない磁気バリアによって他の部品から切り離されている状況に関して記載したということが認識されよう。
【００３６】
記載した技術は、管１０が非磁性材料であるか、いかなる形態ででも存在しない場合に適用することができる。
【００３７】
記載した実施態様は、固定された変換器アセンブリ２０に対して変位可能である可動部材３０を有している。この相対変位こそが対象となる。変換器アセンブリ２０は、固定された部材３０に対して動くこともできる。
【００３８】
上記の教示はまた、部材３０が変換器アセンブリの内側に配置されている変換器にも適用することができる。同じ平衡検出技術はまた、当該シャフトがカーブしている、たとえば円弧である場合にも適用可能である。
【００３９】
上記教示はまた、１個以上のセンサＭＦＳ、ＭＦＳ１、ＭＦＳ２及び１個以上のコイル２２、５２、５４が管１０の内側に配置されており、管１０が少なくともその長手の一部に沿って中空である変換器又は変換器アセンブリにも適用することができる。このような実施態様では、部材３０は、センサアセンブリＭＦＳ、ＭＦＳ１、ＭＦＳ２又は部材３０の一方が固定され、他方が可動管１０に接続されている状態で、管１０の外に取り付けることもできるし、管１０の内部に取り付けることもできる。
【００４０】
以下に説明する図６〜２５は、コイルに隣接した上記のセンサ装置ＭＦＳ１、ＭＦＳ２の取り付け（同様な考察を提起し、以下に記す磁気トルク変換器のための変換器アセンブリに関して教示される同じ技術を使用することができる）及び交流による上記コイルの可能な励起の教示を実証するために含めたものである。
【００４１】
トルク計測
図６は、円形の断面を有すると想定され、その縦軸Ａ−Ａを中心にして回転するように取り付けられるシャフト１１０を示す。このシャフトは、連続的に回転することもできるし、限られた角度範囲だけ回動することもできるし、一端が保持される間に他端にトルクが加えられることもできる。端部１１４に結合された負荷（図示せず）を駆動するため、図示するようにトルクＴが端部１１２に加えられている。
【００４２】
コイルＬDが、シャフトのトルクを計測するための変換器領域として作用するシャフト領域１２０の周囲に取り付けられている。シャフトの少なくともこの変換器領域は強磁性材料でできている。変換器領域は、シャフト材料内に所望の磁場を確立し、実際のいくつかの適用で起こりうるようなコイルに対するシャフトの軸方向変位を許すのに十分な軸方向長さを有するべきである。領域１２０は、概念的な限界である破線によって示されている。コイルＬDは、シャフト軸Ａと同軸にある単層又は多層の螺旋コイルであってもよいし、巻き型にパイル巻きされていてもよい。コイルは、以下さらに述べる電源１２２によって励起される。少なくとも１個のセンサ装置１２３がコイルＬD及び領域１２０に隣接して取り付けられている。すなわち、装置１２３は、シャフトが受け入れられるコイルの軸方向空所に隣接している。装置１２３は、その最大感度の軸を接線方向又は円周方向に有するように向けられてる。少なくとも１個のセンサ装置１２４が、コイルに隣接して、その最大感度の軸を軸方向又は縦方向に有するように取り付けられている。センサ１２３及び１２４の機能は、ＷＯ０１／２７５８４の図８ａに見られるセンサ１２３及び１２４にそれぞれ対応する。センサは、ホール効果型又は磁気抵抗型であってもよいが、好ましくは、ＰＣＴ出願公開公報ＷＯ９８／５２０６３に開示されているような信号コンディショニング回路に接続された飽和コア型である。飽和コアセンサは、最大値がコア軸に沿い、最小値がこの軸に対して垂直である８の字形応答を示す。三次元応答は、最大感度の軸を中心にして８の字を回転させたものである。コイルＬDを励起する電源１２２は、以下さらに詳細に論じるように、ＤＣであってもＡＣであってもよい。好ましくは、電源は、コイルＬDの励起レベルを制御するために調節可能である。
【００４３】
ＷＯ０１／２７５８４は、その図８ａで、シャフトの周囲に巻かれた２個の離間したコイルの間に縦方向磁場を発生させる方法を開示している。変換器領域は２個のコイルの間のゾーンである。対照的に、図６の実施態様では、変換器領域は、励起コイルＬDの範囲内及びそれをいくらか越えて位置している。図７は、コイルＬDに印加される電流Ｉによって発生する外部磁場１３０の大まかな形状を示す。この磁場は、軸Ａ−Ａを中心として環状に延びている。磁場は、変換器領域１２０内で軸方向磁化（縦方向磁化）の環として延びる。環はシャフト表面から内に延びる。内部磁場は図７には示されていない。最良の結果を得るためには、コイルＬDは、強磁性変換器領域１２０にできるだけ密接に結合するべきである。コイルは、シャフト１１０の上に密接に嵌合しながらもその中でのシャフトの回転を許す巻き型に巻くことができる。コイルＬDに隣接し、領域１２０に隣接する磁場１３０は、トルク感応性であり、極性及び大きさが軸Ａ−Ａを中心にして加えられるトルクの方向及び大きさに依存する接線方向成分をトルク下で提供するということがわかった。センサ１２３は、この接線方向成分に応答するように配置されている。センサ１２４は、コイルＬDによって発生する磁場の全体レベル、好ましくはトルクによる影響を実質的に受けない軸方向成分を表す信号を発するように配置されている。
【００４４】
図８ａは、コイルＬDが巻き付けられている締り嵌め巻き型１３２が取り付けられているシャフト１１０の斜視図を示す。巻き型１３２はエンドチーク１３４ａ及び１３４ｂを有し、このエンドチーク及びシャフト面に隣接して、最大感度の軸をシャフトに対して接線方向に有するセンサ装置１２３ａ及び１２３ｂが取り付けられている。この構造は、装置１２３ａ及び１２３ｂが飽和コアに巻かれたインダクタンスとして表されている図８ｂに概略的に示されている。すでに示したように、コイル１２４は、コイルＬDの近くの、軸方向磁場成分があるどの地点に取り付けることもでき、軸方向磁場成分から基準信号を生成することができ、この基準信号に照らして、センサ１２３ａ、１２３ｂからのトルク依存信号を計測することができる、又は言い換えるならば、この基準信号を使用して変換器の利得を制御する。
【００４５】
図９は、各センサ装置１２３ａ、１２３ｂを、半径方向に対向する１対のセンサ装置を含むセンサ構造として設けることができる方法を示す。図９は、変換器領域１２０の断面を示し、センサ装置１２３ａを、シャフト１１０の変換器領域１２０の互いに反対の側に取り付けられた、すなわち軸Ａ−Ａに関して直径方向に対向する１対の装置１２３ａ１及び１２３ａ２を含むセンサ構造として示す。変換器アセンブリの残りは図示していない。図９の断面図では、トルク依存磁場成分がＭｓと指定され、領域１２０の直径方向に反対の側で方向が反対であり、それぞれの装置コイル１２３ａ１及び１２３ａ２が、トルク依存成分Ｍｓに関しては加法的に直列に接続され、両センサ装置に共通に作用する外部磁場Ｅを打ち消すためには減法的に接続されている。センサ装置１２３ａ１及び１２３ａ２は、信号コンディショニング回路１３６に直列に接続され、この回路から、トルクを表す出力信号ＶTが得られる。
【００４６】
シャフト１１０は、変換器領域１２０でその軸Ａ−Ａからの撓みを生じさせる曲げモーメントを受けることがある。シャフトはまた、その回転中にその軸の揺れを受けることもある。シャフトが矢印ｓの方向に対して垂直に、すなわち一方のセンサ装置に近づき、他方のセンサ装置から離れる方向に撓むならば、その一方の装置は他方よりも大きな信号出力を提供する。出力は加法的に接続されるため、このような撓みは少なくともある程度は補正される。装置によって感知される磁場強度はシャフト表面からの距離の二乗関数であるため、補正は正確ではない。しかし通常、そのような撓みは小さいと予想され、高度な補正が得られる。
【００４７】
撓みが矢印ｓ（又はその反対）の方向であるならば、それが小さく、センサ装置の横方向感知範囲内にある、すなわち装置によって分解可能ではないという条件で、合計信号出力は影響を受けない。撓みが増すにつれ、各センサ装置１２３ａ１、１２３ａ２は、より少ないトルク信号出力を出すようになる。しかし、シャフトが回転していないとしても各装置でそれ自体の撓みによって発生する信号がある。撓みは共通モード効果であり、２個の装置の接続によって打ち消される。この問題は、特に図１２を参照しながら以下でさらに論じる。
【００４８】
コイルＬDの一端に隣接して配置されたセンサ構造をさらに延ばすこともできる。たとえば、図１０は、変換器領域１２０に関して互いに直径方向に半径方向に対向して、かつ装置１２３ａ１及び１２３ａ２に対して直交方向に取り付けられたさらなる対のセンサ装置１２３ａ３及び１２３ａ４を示す。装置１２３ａ１及び１２３ａ２は、トルク依存磁場成分に関しては互いならびに装置１２３ａ１及び１２３ａ２とで加法的に接続されているが、磁場成分Ｅ′に関しては減法的に接続されている。
【００４９】
一以上の対のセンサ装置の同じ使い方を図８ａ及び８ｂのセンサ装置１２３ｂに採用することができることが理解されよう。また、センサ装置１２３ａ及び１２３ｂ又はそのより複雑な構造をシャフトの周囲に角配置で整列させる必要がないということが注目されよう。また、必要に応じて各センサ装置をそれぞれの検出回路に接続し、個々の回路の出力を合計してもよいということが理解されよう。
【００５０】
これまでの実施の記載は、コイルのＤＣ励起を想定するものであった。これは、ＤＣ磁場と呼ぶことができるものに通じる。ＤＣ磁場を使用する際の応答の信頼性のためには、上述のＷＯ０１／７９８０１に記載されているように、シャフト１１０をデガウス又は消磁処理に付すことが望ましい。先に論じたセンサ構造では、ＤＣ磁場の採用が、現在使用されている回路とで最速のトルク信号応答につながる。すなわち、回路全体が信号変化のための最高のバンド幅を示す。しかし、ＡＣ磁化を使用してもよい。ＡＣ励起にはいくつかの利点があるが、他の要因の考慮を伴う。ＡＣ変換器システム１４０が図１１に示され、ＷＯ０１／２７５８４の図１２に示すものになぞられることができる。ＡＣ電源１４２がコイルＬDを周波数ｆで励起する。電源は双極パルスソースであってもよい。センサ構造１２４に接続された信号コンディショニング回路１４４が、センサ構造１２４によって検出された周波数ｆの磁場成分を抽出するためのフィルタ機能１４６を備えている。フィルタは、鎖線によって示すようにフィルタ１４６が電力周波数ｆをトラッキングすることを保証するため、電源１４２から駆動することができる。回路１４４中の検出器が電源１４２からの信号によって駆動される同期検出を使用してもよい。同様に、センサ構造１２３が、フィルタ機能１５０を含む周波数選択的信号コンディショニング回路１４８に接続されて、トルク依存磁場成分を表す出力を提供する。この成分が、回路１４４から得られる基準レベル成分とともに、信号処理回路１５２に印加され、この回路からトルクを表す出力ＶTが得られる。フィルタリング及び信号処理機能は、ハードウェアででもソフトウェアででも実施することができ、フィルタリングは、完全な信号経路中の種々の点で実施することができることが理解されよう。電源／フィルタシステムの作動周波数ｆは、潜在的干渉源の周波数、たとえば電力（本線）周波数から十分に区別できるように選択されることが望ましい。
【００５１】
飽和コア型のセンサは、１１０ｋHz以上まで作動することができるが、センサ応答に加えて、コイルＬDを駆動するその能力において電力周波数応答を考慮しなければならない。特に変換器領域がシャフトの一体部分である場合に考慮されるべきもう一つの周波数依存特性がある。
【００５２】
変換器領域の材料へのコイル磁場の浸透の深さは周波数依存性がある。ゼロ周波数、すなわちＤＣで最大であり、駆動周波数が増すにつれ減少する。たとえば、直径１８mmのＦＶ２５ＯＢ鋼のシャフトは、ＤＣ励起コイルによっては完全に浸透されたが、等価の１００HzのＡＣ電流によっては完全には浸透されなかった。トルク依存応答は表面に隣接する環状ゾーンに集中する傾向があるため、変換器領域の全断面の浸透は不可欠ではない。しかし、周波数が増大するにつれ、伝達関数の利得又は傾き―トルク依存信号出力ｖｓ印加トルク―が減少する傾向を示すことがわかった。
【００５３】
上記の変換器及び変換器アセンブリは以下の利点を提供する。
【００５４】
コイル（巻き型付き）とセンサ構造とのアセンブリを、シャフトに取付け可能な一体部品として製造することができる。一体構造はまた、信号コンディショニング・処理回路を含んでもよい。
【００５５】
製造方法は、変換器領域がその中に永久磁化を定着させるのにいかなるコード化処理をも要しない。均質なシャフトでは、変換器領域をどこに設けるかに関して自由であり、変換器アセンブリとシャフトの所定領域との決定的な整合はない。
【００５６】
永久磁化とで起こりうるような経時的な変換器領域の磁化の低下がない。
【００５７】
変換器の伝達関数の利得又は傾斜が変換器コイルの駆動電流の関数である。非線形応答を生成する励起電流レベルに満たないと、前述のプロフィールシフト磁化によって達成可能であるよりも実質的に大きな応答感度を得ることができるということがわかった。
【００５８】
変換器は、変換器コイル／センサアセンブリに対する変換器領域の軸方向変位に対して非感応である。
【００５９】
選択された周波数でＡＣ的に作動する能力が、ノイズの多い環境内での作動を可能にし、変換器をシャフト中の迷磁化（ストレィフィールド）に対してより寛容にする。
【００６０】
ＤＣ及びＡＣでの両方の具現化に関して考察されるもう一つの要因が、シャフト１１０と、励起コイルＬと、接線方向のトルク依存成分を検出するように向けられたセンサ装置１２３とを示す図１２に示されている。センサ装置１２３の軸Ｂ−Ｂ最大感度は、シャフトの軸Ａ−Ａに対して角度αに向けられている。軸Ａ−Ａは図の平面に位置し、軸Ｂ−Ｂは図の平面に対して平行かつその上方にある。したがって、角度αは、図の平面に投射された軸Ｂ−Ｂとの間の角度であり、理想的には９０°である。永久磁化された変換器領域のいくつかの形態と比較して、変換器領域が一体化している長手に沿って均質であるシャフトの場合にあてはまるように、変換器領域がそれと均質なシャフト材料によって境界を画定されていると想定すると、上記の変換器アセンブリは変換器領域の軸方向シフトに対して感応性ではない。しかし、変換器アセンブリ（コイル＋センサの構造）の動作は、角度αに影響するアセンブリに対するシャフトの軸方向のスキュー又は傾斜に対して感応性である。
【００６１】
次に、軸方向スキューに対する感度及びそれを緩和する措置に注目する。また、逆に、上記の変換器アセンブリは、軸方向スキューを利用して力の計測を実施することができるように具現化することもできるということがわかる。
【００６２】
再び図１２を参照して、シャフト１１０にはトルクがないが、シャフト軸がコイルＬDの軸に対して傾斜しており、その結果、角度αがもはや９０°ではない状況を考察する。コイルは励起されている。
【００６３】
結果、コイルＬDによって横方向磁場成分が発生し、それがセンサ装置１２３によって検出される。図９に示すようなセンサ構造が使用されているならば、矢印Ｓによって示すスキューは、両方のセンサ１２３ａ１及び１２３ａ２に対して同じ方向になる。検出される磁場に関して、スキューは共通モード成分として作用し、共通の外部磁場Ｅの場合と同様に出力中では打ち消される。シャフトがトルク下にある場合でもこの共通モード除去は等しく得られる。トルク下では、矢印Ｓに対して直交するスキューは、たとえばセンサ装置１２３ａ１では成分ＭSを増大させ、センサ装置１２３ａ２では成分ＭSを減少させる傾向を示し、合計出力信号ＶTにはほとんど影響はない。これは、回転中のシャフト１１０の揺れにも一般に当てはまる。この前記推論は、方向Ｓに対して直交するスキューを参照する図１０のセンサ構造にも拡大することができる。
【００６４】
個々のセンサ、たとえば図１２の１２３をスキューに対してより非感応性にするためにもう一つの手法を採用することができる。これを、１個のセンサ装置１２３が、１対の装置１６２及び１６４を含むセンサユニット１６０によって取って代わられた状態で示されている図１３に示す。シャフトはそのものとしては図示されていないが、その軸Ａ−Ａが示されている。Ｂ−Ｂは、望ましくは軸Ａ−Ａに対して角度α＝９０°にある、センサ１６０の応答軸である。２個のセンサ装置は軸Ｂ−Ｂの各側でθ度オフセットしている。すなわち、それぞれの最大感度軸Ｂ1、Ｂ2が２θ度によって「Ｖ」字形に分けられている。
【００６５】
両方のセンサ装置に実質的に等しく影響を及ぼすトルク依存磁場成分を計測する際には、傾斜がある―αが９０°を逸する―ならば、一方の装置によって感知される磁場が増大し、その間、他方の装置によって感知される磁場は減少する。２個の装置が加法的にドット端から非ドット端に接続されているならば、特に９０°からのαの逸脱が小さい場合、得られる信号は、１個の装置の信号よりも角度スキュー又は傾斜による影響をはるかに受けにくい。これは通常、当てはまるであろう。逸脱の角度はθ度を超えるべきではない。
【００６６】
力計測
直前の記載は、変換器コイルアセンブリ及びその対応するセンサに対するシャフトの角度傾斜又はスキューの存在でトルクを計測することに関するものであった。このようなスキュー又は傾斜が生じうる一つの状況は、トルクが計測されるところのシャフトが、変換器領域の場所でシャフトの曲げモーメントにつながる横方向の力を受けるかどうかである。補正措置の非存在での結果的な軸方向傾斜又はスキューに対する感度を使用して、加えられた力を計測することができる。さらには、この力計測は、トルクが伝達されるシャフトへの適用に限定されない。力計測は、加えられる力によって曲げモーメントを受けるいかなる細長い部材にも適用することができるし、加えられる力に応答して枢軸を中心に回転するように回動可能に取り付けられた細長い部材にさえも適用することができる。細長い部材は、上記のように、ただし、変更されたセンサ構造で、変換器領域を変換器アセンブリとともに支持する、又はそれに組み込んで有することができなければならない。
【００６７】
図１４は、一端１７２が固定され、他端部１７４が部材７０の縦軸Ａ−Ａに対して横方向に加えられる力Ｆの下で自由に動くことができる細長い部材１７０を示す。部材１７０は弾性かつ比較的剛性であり、その結果、力Ｆによって押し付けられる曲げモーメントに降伏して、中間領域１７６のところで、加えられる力の関数である程度にまで撓む。少なくとも中間領域１７６は強磁性材料でできており、領域１７６の周囲の励起コイルと、力Ｆが加わらなければ応力を受けていない部材１７０の軸Ａ−Ａと整合したままである変換器アセンブリのコイル軸に対する部材１７０の撓みに応答するように設計されたセンサ構造とを含む変換器アセンブリ１７８のための変換器領域を提供する。変換器アセンブリは、特に傾斜又はスキューの検出を参照して先に記したように構成されている。細長い部材の撓みの影響は、シャフト１１０がもはやトルク伝達部品ではなく、今や可撓性の細長い部材１７０によって取って代われている場合の、すでに記載した角度傾斜又はスキューの影響である。
【００６８】
一例として、図１４のアセンブリ１７８のセンサ構造が、図９に示す直径方向に対向する１対のセンサ装置を使用するならば、センサ装置１２３ａ１及び１２３ａ２の回路１３６への、装置の一方が逆に、たとえばドット端からドット端に接続されている接続を考察すると、その接続は、図１４の力Ｆによるスキュー又は傾斜Ｓを打ち消さず、Ｓによるセンサ装置からの寄与を加算して、図１４で力を表す信号ＶFを提供する。シャフトのトルクによる干渉を受けずにシャフト１１０のスキュー又は傾斜Ｓを計測することが望まれるような状況であるならば、図９のセンサ装置１２３ａ１及び１２３ａ２の接続の逆転は、スキュー又は傾斜に対する加法応答を提供するだけでなく、トルク成分ＭSを打ち消す。
【００６９】
図１３のコイル構造を有する図１４の変換器アセンブリ１７８はまた、１個のセンサ装置の接続を逆にして装置１６２と１６４とがたとえばドット端からドット端に接続されるようにすることによって部材１７０の力依存撓みを計測するように適合させることもできる。すると得られる出力は傾斜角θを表す。
【００７０】
図１４は、加えられる力Ｆに対して弾性によって抵抗し、生じる曲げモーメントが計測可能なスキュー又は傾斜を生じさせる細長い部材の使用を示すが、図の平面で回動するように１９２で回動可能に取り付けられているアーム１９０が、計測される力Ｆをその自由端に加えられる、図１５に示す変形によって等価の結果を得ることもできる。この力は、弾性手段１９６、たとえばばね又は、アーム１９０全体が強磁性材料でできている場合に特に使用可能である磁力復元手段による抵抗を受ける。ゼロの力Ｆが加えられているとき、アーム１９０の軸Ａ−Ａは、力を表す信号ＶFを発するために上記のように構成されている変換器アセンブリの軸と整合している。
【００７１】
上記変換器及び変換器アセンブリを力又は曲げモーメントの計測に適用する例が図１６に示されている。この図は、紡織機又は他の織機で見られるような走行する糸の張りを計測するためのシステムを示す。このシステムは、図１４又は図１５に示すような力計測変換器を使用する。
【００７２】
図１６では、糸１１１０は、プーリ又はローラ１１１２及び１１１４に掛かる経路で移動し、その経路は、プーリ又はローラの間で、その軸Ａ−Ａが図の平面に対して少なくとも実質的に直角になるように取り付けられた図１４（１１０）細長い部材１７０（１９０）の端部１７４（１９４）によって導入されるオフセットによってＶ字形に曲げられている。端部１７４（１９４）は、それに掛かる糸の自由な走行を許すように設計されている。端部１７４（１９４）によって糸の経路に導入される角度が、端部１７４（１９４）に加わる力Ｆを生じさせ、この力が上記の図１４（１１０）の変換器によって計測される。
【００７３】
図１７は、変換器領域が組み込まれているシャフト又は細長い部材における棒磁石の生成を防ぐように配慮されている、上記変換器及び変換器アセンブリの実施態様の変形を示す。これは、特にＤＣ励起変換器に当てはまるが、ＡＣ励起変換器で残留磁気が発生する可能性を減らすために適用することもできる。
【００７４】
図１８は、変換器領域１１２２の周囲に励起コイルＬDが取り付けられているシャフト又は細長い部材１１２０を示す。センサ構造は図示されていない。コイルＬDの各側には、それぞれコイルＬCL及びＬCRが取り付けられている。コイルＬCL及びＬCRは、たとえば図１７に示すようにコイルＬDと直列に接続されることによってそれと同時に励起され、コイルＬDによって発生する磁場とは反対の極性の磁場を発生させる。コイルＬCL及びＬCRは、すでに記載した方法で所望の変換器領域磁場を発生させ、感知するのに十分な距離だけコイルＬDから離間している。
【００７５】
より具体的には、３個のコイルそれぞれが図７に示すような個々の磁場を発生させる。コイルＬCLを例として挙げると、コイルＬDに向かう磁場は、コイルＬCLに向かうコイルＬDの磁場と同じ極性である。すなわち、それらの磁場は互いに反発する傾向にある。コイルＬDとコイルＬCRとの間にも等しい状況が生じる。コイルＬCC及びコイルＬCRは、計測することが望まれるトルク又は力依存磁場に悪影響を及ぼすほどコイルＬDに近づくべきではない。シャフト又は細長い部材１１２０中の棒磁石の形成を減らす際のコイルＬCL及びＬCRの有効性は、コイルＬCL又はコイルＬCRの外に延びる軸方向磁場を検出するために設けられたセンサによって判断することができる。この磁場は実質ゼロまで減らされるべきである。コイルＬCL及びコイルＬCRによってコイルＬDのアンペア回数の半分を発生させて、共通の電流で示される直接接続の場合、コイルＬCL及びコイルＬCRがコイルＬDの巻き数の半分を有するようにすることによってこのような結果を達成しうるということを実験が示した。
【００７６】
変換器領域が生成されているシャフト又は細長い部材は、使用に供する前にデガウス処理に付してもよい。このような処理は、ＰＣＴ出願公開公報ＷＯ０１／７９８０１に記載されている。
【００７７】
図１８ａ及び１８ｂは、トルク変換器の物理的構造を示す。これは、トルクＴが適用可能である縦軸Ａ−Ａを中心に回転可能に取り付けられているシャフト２１０に適用されている。トルクは、右回り（ＣＷ）でもよいし左回り（ＣＣＷ）でもよい。シャフトは、必ずしも連続的に回転しなくてもよいし、全く回転しなくてもよい。シャフト２１０は、軸Ａ−Ａを中心とする円形の断面を有すると想定される。シャフト又は少なくとも変換器動作の対象となるその領域は、強磁性材料でできている。２個のコイル２１２及び２１４は、シャフトの周囲に巻かれるように取り付けられ、軸方向（縦方向）磁場をシャフト中に誘導するように励起可能である。コイルどうしは離間し、それらの間にシャフトの変換器領域２１６を画定している。図示する実施態様では、コイルは、励起電流Ｉを受けるように直列に接続され、コイルは、加法的に直列に接続され、協働して、矢印Ｍによって大まかに示される縦方向磁場を領域２１６中で発生させる。発生する磁場は以下で論じる。磁場Ｍの方向は電流Ｉの極性に依存する。
【００７８】
縦方向磁場Ｍは軸方向であるが、軸Ａ−Ａの周囲に作用するトルクＴによって変換器領域で偏向される。磁場は主にシャフトの材料の中に閉じ込められるため、非接触センサ構造による磁場の偏向の可能性を与える外部磁場成分が生じる。トルクの下での偏向が、大きさ及び向きがトルクの向き及び大きさの関数である接線方向又は円周方向磁場成分を発生させる。この成分は、図１８ａ及び１８ｂに示すように円周方向又は接線方向成分に対して感応性になるように接線方向に向けられた磁場センサ装置２１８によって検出することができる。一般に利用可能なセンサ装置は、広い最大応答の軸と、この軸に対して直角に、より具体的にはこの軸に対して直角な平面中にある最小応答の軸とを有する。用いることができる磁場感知装置は、ホール効果型、磁気抵抗型及び誘導子（飽和コア）型を含む。これらは、小さなユニットとして利用可能である。満足に使用されてきたある特定の装置は、ＷＯ９８／５２０６３に開示されている種の信号コンディショニング回路に接続された飽和コア型の装置である。以下に説明するように、干渉磁場、たとえば地球の磁場を打ち消すために従来の磁気変換器が２個以上のセンサ装置を要したであろう実践の場で１個のセンサ装置を使用することができる。これは、空間が重要視される場所に変換器アセンブリを配置する際に役立つ。一例が以下の図２４に示されている。
【００７９】
変換器をさらにコンパクトにするため、図１９ａ及び１９ｂは、センサ装置をシャフト２１０の外郭又は輪郭の範囲内に配置するための変形態様を示す。図１８ａ及び１８ｂでは、装置２１８はシャフト２１０の円柱形輪郭に対して外にあるが、図１９ａ及び１９ｂでは、変換器領域２１６（コイルは図示せず）が切欠き又は凹み２１７を有し、その中にセンサ装置２１８が受け入れられてシャフトの円形外郭の範囲内に収められている。装置は、シャフト中の穿孔の中に受けられることもできる。センサ装置２１８がシャフト輪郭の範囲内に収容される、又は実質的にそのようになる変形態様はまた、装置がより強い磁場に入ることになるという付随的な利点をもたらす。
【００８０】
図１９ａの構造は、シャフト２１０が、固定されたセンサ装置２１８に対して連続的に回転する、又は所与の円弧の範囲で回動可能である、たとえば前後に動くことができる場合又はセンサ装置２１８がシャフト２１０とともに適切な角度の範囲で回転する場合にさらなる措置を要する。
【００８１】
センサ装置が固定状態に保持される場合、切欠き又は凹み２１７を必要なだけ延ばして、図１９ａの２１７ａで示すようにシャフトの周囲全体又は部分的に溝を形成することもできる。この措置は、センサ装置がハウジング２５０の壁に固定されている図２４のトルク駆動装置又はアダプタユニットに適用してもよい。この場合、センサ装置を信号処理回路に接続することがより簡単である。それでも、シャフトに取り付けたセンサ装置をシャフトとともに回転させることが可能である。たとえば、図１９ａ及び１９ｂの実施態様では、図示するように凹みに固定されたセンサ装置２１８を、シャフトの周囲に延び、固定接点と係合するスリップリングに接続することができる。接続は、シャフトの軸方向の穿孔に沿って適当な信号ピックオフ点まで延びるように設けることもできる。センサ装置は、誘導結合（磁気結合）によって、又は電磁放射線もしくは遠隔通信リンクを確立する手段などによってトルク依存信号を別個の受信器に送るように設計された、切欠き又は凹み２１８に取り付けられた完全な自蔵型ユニットに組み込むことができる。
【００８２】
図１８ａに戻ると、直列に接続されたコイル２１２及び２１４に励起電流Ｉを供給するための電源２２０が示されている。励起電流波形が低デューティサイクルの双極パルス、たとえば短期間のスパイク状のパルスであることが重要な特徴である。このような波形の採用は、たとえば本質的に１００％デューティサイクルの双極パルス波形、たとえば双極方形波の使用に比較して重要な動作上の利点につながる。本発明の実施に適した励起電流波形が図２０ａに示されている。磁場パルス波形はこの電流波形に従う。このような電流波形は、双極方形波を微分することによって生成することができることが理解されよう。しかし、正確な波形又はそれを生成する手段は、微分された双極方形波に限定されない。しかし、変換器領域２１６で生成される交互極性（ＡＰ）磁場パルスの短期間のスパイク状パルス波の性質を示すのに役立つ。電流パルス生成源２２０は、その周波数が周波数源２２１によって制御されるが、当然、２個の電源を１個のユニットによって実現することができる。電源２２１は、好ましくは、局所電力（本線）周波数に関連しない周波数の周波数安定性方形波源である。
【００８３】
図２１は、コイル２１２及び２１４が接続される駆動源２２０のための簡略化された回路を示す。コイルは、コンデンサＣと直列に、切換え全波ブリッジ回路の一方のダイアゴナル２２２を介して他方のダイアゴナル２２６に接続され、この他方のダイアゴナルにＤＣ電源が接続されている。ブリッジのそれぞれのアームの制御可能なスイッチＳ１〜Ｓ４は、コンデンサＣによって提供される微分特性を受ける双極波形をダイアゴナル２２２を介して生成して、低デューティサイクルの短い電流パルスを直列コイル２１２、２１４中に生成するように制御される。スイッチＳ１〜Ｓ４は、実際には、適切な種類の制御可能なスイッチ装置、たとえば半導体装置によって具現化することができる。スイッチ装置は、図１８の電源２２１から誘導される所望の周波数の切換え制御信号Ｂ及びＮＯＴ−Ｂを受けるためのそれぞれの制御入力を有し、スイッチ対Ｓ１及びＳ４は、スイッチ対Ｓ２及びＳ３とで交互かつ逆にオン及びオフに切り換えられる。
【００８４】
図２１は、動作の半サイクル中のブリッジ２３４を示す（スイッチＳ２及びＳ３がオン、スイッチＳ１及びＳ４がオフ）。スイッチＳ２及びＳ３が閉じると、矢印によって示すように電流Ｉが駆動されてブリッジならびにコイル２１２及び２１４を通過する。コンデンサＣは、高い初期電流パルスをコイルに通すことができる。コンデンサは、Ｓ２との接合点で正に帯電する。回路パラメータは、パルスが制御信号Ｂ、ＮＯＴ−Ｂの切換え期間に対して短くなるように選択される。図２１ａは、Ｓ１及びＳ４が閉じ、Ｓ２及びＳ３が開いている次の半サイクルにおける反対の極性の電流パルスの生成を示す。この図から、パルスの生成が、反対の極性へのコンデンサの帯電を伴うだけでなく、その前に、直前の半サイクルで取得された電荷の放出が起こるということがわかる。
【００８５】
シャフトの磁気パルスの形状は、ダイアゴナル２２２に印加される電圧波形ではなく、コイル中の電流Ｉに従う。電流波形の正確な形状は、突然の電流の変化に抵抗するコイルのインダクタンス及び実質的には抵抗に対するインダクタンスの比に依存する。電流の流路中、具体的にコイルが接続されているダイアゴナル中に配置された直列コンデンサの使用は、二つの利点、すなわち、図２０ａ及び２０ｂに示すように電流波形が主としてコンデンサＣによって制御される利点及び次のパルスが生成される前に最初のパルスのための電流がゼロ近くに減るような短いパルス期間（ここでは、交互極性のパルス対の間の間隔）に対して効果的な時定数を提供するという利点につながる。その結果、コイル中をなおも流れる有意な電流の遮断による切換えスパイクはない。容量性回路はまた、対称な交互パルス（たとえば図２０ｂではＶT1とＶT2とは等しい大きさである）を発生させて、切換え波形そのものによってシャフト中に単極残留磁化が増大する可能性を最小限にするのに役立つ。
【００８６】
パルス電流レベルは、シャフト材料中に不適切なレベルの残留磁化を生成する傾向なしに適切な信号出力及び信号／ノイズを提供するように選択されるべきである。これは、図２０ｂの所望のパルス波形を得ることとで一貫している。実際の電流レベル又はより具体的にはシャフトに加わる磁場のアンペア回数は、シャフトのサイズ（直径）及び特に磁気特性に関してそれが製造されている材料に依存する。工業用鋼、たとえばＦＶ２５０Ｂの１５〜２０mm範囲のシャフトの場合、今のところ、シャフトに隣接する、作動する発生した縦方向磁場は約３０ガウスを超えないべきであると考えられている。
【００８７】
全波ブリッジ２３４は、大地基準又は二極電源に対して単極であってもよい単極電源から双極パルスを生成することができることが理解されよう。
【００８８】
変換器の動作を、接線方向の飽和コア誘導子センサ装置２１８′を有する変換器領域２１６を示す図２２ａ〜２２ｃでさらに説明する。これらの図では、コイル２１２及び２１４（図示せず）によって発生する縦方向磁場Ｍが多数の平行な矢印によって示されている。図２２ａ及び２２ｂは、トルクの非存在（Ｔ＝０）におけるそれぞれ一方又は他方の極性のパルスによって発生する磁場に当てはまる。磁場は軸方向である。装置２１８′によって感知される接線方向磁場成分はない。図２２ｃ及び２２ｄは、加えられるトルクの存在において、図２２ａ及び２２ｂに対応する。磁場Ｍは、加えられるトルクＴのセンスに依存する方向に、そのトルクの大きさに依存する程度に偏向又は斜行している。得られる接線方向磁場成分がセンサ装置２１８′によって検出され、図２０ｂに示すセンサ回路によってパルス出力信号ＶTがコイルパルスと同期に生成される。出力パルスは交互極性であり、加えられるトルクに依存する大きさを有する。反対のセンスのトルクが加えられる場合、出力パルスのセンスも同様に反対になる。トルクなし（Ｔ＝０）及びトルク条件（Ｔ≠０）下での出力パルス列が図２０ｂの左側及び右側にそれぞれ示されている。
【００８９】
個々の出力パルスの大きさによりトルクが測定されるが、未知かつ予測不可能であるかもしれない干渉磁場からのエラーに影響される。まずＤＣ又は単極磁場を考察すると、これらの磁場は、トルク依存信号ＶTが重畳される、センサ２１８′によって検出される未知のレベルの静止磁場ＶQを生じさせるかもしれない。したがって、信号ＶTの１個の出力パルスのピーク値の計測値はエラーを被りやすい。ＤＣ干渉成分を打ち消すように作用するトルクの改善された計測は、反対の極性の連続的な出力パルス、たとえばＶT1−ＶT2の間でＶPPピーク間計測ＶPPを行うことによって得られる。このピーク間計測技術は、地球の磁場のような磁場からの干渉を受けることなく１個のセンサ装置を一つの場所で使用することを可能にするということが理解されよう。これまで、地球磁場の打消しには少なくとも２個のセンサ装置を要した。起こるおそれのある局所ノイズスパイクを排除するための第二の工程は、電流波形の印加と同時にピーク計測値をゲーティングして、ピーク計測ゲートｔgが、各トルク信号出力パルスが予測される期間だけ開くようにする工程である。同じ問題に対処するもう一つの方法は、電流波形を駆動するように同期化された位相感応性検出構造を有する方法である。
【００９０】
図２３は、センサ出力信号ＶTの処理回路のブロック図を示す。センサ装置２１８（２１８′）は、トルク依存出力信号ＶT（図２０ｂ）を発する信号コンディショニング回路２３０に接続されている。この出力は、周波数源２２１（コイル駆動電流波形から誘導される制御を含む）によって制御されるゲート回路２３２に供給される。ゲートは、トルク依存出力パルスが予測される駆動パルスに関連する時間ｔgで開く。ゲート２３２によって通されたパルスはピーク間検出器２３４に印加され、この検出器のトルク依存ピーク間出力ＶPPが、平滑化又は必要な他の処理を受ける条件で、求められるトルク出力信号として使用される。
【００９１】
ゲーティング技術は、ランダムな磁気ノイズスパイクを弁別する際に役立つ。また、電源２２０、たとえばブリッジ２２４の作動周波数の選択により、局所電力（本線）周波数に関連するノイズに対するさらなる弁別を得ることができることが理解されよう。
【００９２】
一つの特定の用途は、電動トルク工具のシャフトと、締める２９又は緩めるナット又はボルトヘッドとの間で作用するトルクレンチアダプタのための用途である。このようなアダプタが図２４に示されている。アダプタ２４０は、電動工具の適合するキー付き出力シャフトを受けるための付形された入力凹み２４４を有する上部円柱形ボディ２４２を有している。ボディ２４２から下ったところには、短いシャフトの形態の小径ボディ２４６があり、その下端は、適合するナット又はボルトヘッドと係合するためのキー２４８で終端している。アダプタは、磁場センサ装置を受けるための空間をほとんど許さないハウジング２５０に収容される。多くのアセンブリ工業にとって、アダプタ２４０によってそれが係合するナット又はボルトに実際に加えられるトルクを計測できることは大きな関心事である。アダプタは通常、電動工具から増大するトルクの一連の衝撃を受け、特にインパクト式電動工具の場合に、連続する衝撃の性質が、シャフト２４６の領域の周囲に装着された、貯蔵磁気に頼り、変換器要素として使用される磁気ベースのトルク変換器アセンブリにとって害になるおそれがある。アダプタが被る激しい衝撃は別としても、電動工具とそれが作用する製品との間でアダプタを介して発生する干渉磁場及び特に本線電力に関連する一般にノイズの多い環境の可能性が常にある。
【００９３】
このように、上記変換器及び変換器アセンブリは、上記教示をシャフトボディ２４６に適用してその中のトルクを計測することにより、このような過酷な環境で有利に使用することができると考えられる。さらには、上記タイプの変換器アセンブリは、限られた利用可能空間の中で組み立てることができる。シャフト２４６の周囲に巻かれるコイルは、シャフトの外側にほとんど空間を必要としない。センサ構造は１個のセンサ装置しか要らず、図１８ｂの構造を採用することによってそれをシャフトの輪郭範囲内に位置づけることができる。
【００９４】
１個の接線方向のセンサ装置だけで作動する能力は、状況が保証する場合、多数のそのようなセンサ装置の採用を除外するわけではない。計測されるトルクに関しては加法的に、打ち消される干渉磁場に関してはその反対に配置され、接続された１対のセンサを使用することによって「ＤＣ」磁場を打ち消すことで得られる利点はさらにある。このようなセンサ構造は、上記で引用した従来技術で論じられている。
【００９５】
ここまで、図１８〜２４に示すような、１対のコイルの間に画定された変換器要素を参照して変換器アセンブリを説明してきた。図６〜１７を参照して上記したように、接線方向又は円周方向のトルク依存磁場成分を１個のコイルで得ることができる。図２５は、そのようなアセンブリの原理を示す。シャフト２１０の変換器領域２１６′が１個のコイル２１２′の位置によって画定されている。コイルの励起（Ｉ）が領域２１６′中に軸方向磁場を発生させ、それに伴って外部の縦方向磁場２１７がシャフトの周囲に環状に延びる。シャフトがトルクを受けると、接線方向又は円周方向成分が生じ、それが接線方向に向くセンサ２１８″によって検出可能である。センサは、この場合、コイルに非常に近づけて取り付けられてコイルによって発生する磁場の範囲に入る。センサは、図１９ａ及び１９ｂにおけるように、シャフトの輪郭範囲内に収容してもよい。
【００９６】
図６〜１７を参照してさらに詳細に記載したように、図２５の変換器アセンブリはまた、矢印ＦＦによって点線で示すようにシャフト又は他の細長い部材の軸を傾斜又は斜行させるように作用する、加えられる力によるコイルの軸に対するシャフトの軸Ａ−Ａの傾斜又はスキューの計測に適用してもよい。
【００９７】
図２５はまた、縦方向磁化の外部軸方向成分を検出するために第二の軸方向のセンサ装置２１９を使用する可能性を示す。この特徴はまた、先に記載した２コイル態様とで用いることもできる。このようなセンサ装置を使用して、コイルによって発生する磁場強度を表す基準信号を発することができる。求めるピーク間信号は、この基準レベルに照らして計測又は較正することができる。基準レベルは、変換器の伝達関数の利得係数を制御するために使用することができる。
【００９８】
たとえばシャフトの一部分のトルクを計測するための、トルクが加えられる軸の周囲の部分の軸の周囲に巻かれた少なくとも１個のコイルをＡＣ励起して交互極性の磁場を部分中に発生させ、その磁場がトルクに依存する成分を発し、磁場センサ構造が発された成分に応答してトルク指示信号を発する上記方法では、比較的小さなデューティサイクルを有する交互極性の電流の一連の励起パルスによって少なくとも１個のコイルが励起され、センサ構造が、前記励起パルスに対応する交互極性のセンサパルスを生成し、センサパルスがピーク間で計測されてトルクを表す出力信号が発される。
【００９９】
励起パルスは、好ましくは、切換え波形、たとえば長方形（正方形を含む）波形を微分することによって生成され、切換え波形は、好ましくは、コンデンサを介して少なくとも１個のコイルに印加される。一連の励起パルスは、ＤＣ入力が印加される入力ダイアゴナル及び前記少なくとも１個のコイルが接続されてブリッジ回路の切換えによるＡＣ波形を受ける出力ダイアゴナルへの切換えブリッジ回路によって生成することができる。
【０１００】
前記少なくとも１個のコイルが励起される回路は、好ましくは前記少なくとも１個のコイルとで直列に前記出力ダイアゴナルに接続された直列コンデンサを含む。好ましい実施態様では、少なくとも１個のコイルは、部品の変換器領域が間に画定されている第一及び第二の軸方向に離間したコイルを含む。
【０１０１】
好ましくは、第一及び第二のコイルは直列に接続されて、前記変換器領域中に軸方向磁場を加法的に発生させる。センサ構造は、接線方向又は円周方向磁場成分を検出するように向けられたセンサ装置を含むことができる。
【０１０２】
好ましくは、センサ構造は、接線方向又は円周方向磁場成分の検出のために一つの場所で作用する１個のセンサ装置を含み、好ましくは、センサ構造は、部品のボディ輪郭の外に配置されたセンサ装置を含む。
【０１０３】
好ましい実施態様では、センサ構造は、部品のボディ輪郭の実質的に中に位置するよう部品中の切欠き、凹み又は穿孔に配置されたセンサ装置を含む。センサ構造は、一つの場所で作用し、接線方向又は円周方向磁場成分を検出するために向けられた１個のセンサ装置を含むことができる。
【０１０４】
上記のように、トルクが軸の周囲に加えられる部品、たとえばシャフトのトルクを計測するための装置は、前記部品の前記軸の周囲に巻かれた少なくとも１個のコイルと、前記少なくとも１個のコイルを交流で励起して、前記部品中に、部品中のトルクに依存する成分を発する交互極性の磁場を発生させるための励起手段と、発された成分に応答してトルク表示信号を発する磁場センサ構造を含む信号処理手段とを含み、前記励起手段は、比較的小さいデューティサイクルを有する交互極性の一連の電流パルスを前記少なくとも１個のコイル中に生成するように作動し、前記センサ構造は、前記一連の電流パルスに対応する交互極性の一連のトルク依存信号を発するように作動し、前記信号処理手段は、前記一連の信号パルスに応答して、前記一連の信号パルスのピーク間値に依存するトルク表示出力信号を発するピーク間検出器を含む。
【０１０５】
励起手段は、ＤＣ電源から切換え波形、たとえば長方形（正方形を含む）波形を生成するための手段と、前記波形を前記少なくとも１個のコイルに印加するために微分するための手段とを含むことができる。微分手段は、前記少なくとも１個のコイルが励起される回路と直列にあるコンデンサを含むことができる。
【０１０６】
切換え波形を生成するための前記手段が、制御されるスイッチをアームごとに有する全波ブリッジ回路を含む好ましい実施態様では、前記少なくとも１個のコイルは、ブリッジ回路の一方のダイアゴナルに接続され、この回路の他方のダイアゴナルに励起電流源を接続することができる。
【０１０７】
好ましくは、前記励起手段は、制御されるスイッチをアームごとに有する全波切換えブリッジを含み、前記少なくとも１個のコイルは、コンデンサとで直列にブリッジ回路の一方のダイアゴナルに接続され、この回路の他方のダイアゴナルに励起電流源を接続することができる。
【０１０８】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルは、部品の変換器領域が間に画定されている第一及び第二の軸方向に離間したコイルを含む。
【０１０９】
好ましい実施態様では、第一及び第二のコイルは直列に接続されて、前記変換器領域中に軸方向磁場を加法的に発生させる。
【０１１０】
好ましくは、前記センサ構造は、接線方向又は円周方向磁場成分を検出するように向けられたセンサ装置を含む。
【０１１１】
好ましくは、前記センサ構造は、接線方向又は円周方向磁場成分の検出のために一つの場所で作用する１個のセンサ装置を含む。
【０１１２】
好ましくは、前記センサ構造は、部品のボディ輪郭の外に配置されたセンサ装置を含む。
【０１１３】
好ましくは、前記センサ構造は、部品の実質的に内部に位置するよう部品中の切欠き、凹み又は穿孔に配置されたセンサ装置を含む。
【０１１４】
好ましくは、センサ装置は、接線方向又は円周方向磁場成分を検出するために一つの場所で作用する１個のセンサ装置である。
【０１１５】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルは１個のコイルを含み、センサ構造が、１個のコイルの一端に隣接して配置され、接線方向又は円周方向磁場成分に応答するように向けられている。
【０１１６】
上記の好ましい実施態様では、変換器によってシャフト又は他の部品（まとめて「シャフト」と呼ぶ）のトルクを計測する方法は、縦軸の周囲にトルクを適用されるために取り付けられたシャフト（少なくとも一部の領域が強磁性材料でできている）と、前記領域に取り付けられ、励起されると軸方向磁化を前記領域中に誘導することができるコイルと、前記コイル及び前記領域に隣接して取り付けられ、前記領域に対して外にある接線方向（円周方向）磁場成分を検出するように向けられた少なくとも１個のセンサ装置を含むセンサ構造とを含み、比較的小さなデューティサイクルを有する交互極性の一連の励起電流パルスによってコイルを励起し、センサ構造が、前記励起パルスに対応する交互極性のセンサパルスを生成し、そのセンサパルスをピーク間で計測してトルクを表す出力信号を発生させる。
【０１１７】
縦軸を中心にして角度的に傾斜又は斜行させる力を加えられるために取り付けられた、傾斜又はスキューが示される強磁性材料の少なくとも一つの領域を有する細長い部材と、前記領域の周囲に取り付けられ、励起されると軸方向磁化を前記領域中に誘導することができるコイルと、前記コイル及び前記領域に隣接して取り付けられ、前記領域に対して外にある接線方向（円周方向）磁場成分を検出するように向けられた少なくとも１個のセンサ装置を含むセンサ構造とを含む変換器によって、細長い部材に加えられる力を計測するもう一つの好ましい方法では、方法は、比較的小さなデューティサイクルを有する交互極性の一連の励起電流パルスによってコイルを励起することを含む。センサ構造が、前記励起パルスに対応する交互極性のセンサパルスを生成し、そのセンサパルスがピーク間で計測されてトルクを表す出力信号が発される。
【０１１８】
好ましくは、前記コイル及び前記少なくとも１個のセンサ装置は一体型変換器アセンブリに含まれる。
【０１１９】
好ましくは、前記励起パルスは、切換え波形、たとえば長方形（正方形を含む）波形を微分することによって生成される。
【０１２０】
好ましくは、切換え波形は、コンデンサを介して少なくとも１個のコイルに印加される。
【０１２１】
好ましくは、一連の励起パルスは、ＤＣ入力が印加される入力ダイアゴナル及び前記少なくとも１個のコイルが接続されてブリッジ回路の切換えによるＡＣ波形を受ける出力ダイアゴナルへの切換えブリッジ回路によって生成される。
【０１２２】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルが励起される回路は直列コンデンサを含み、直列コンデンサは、前記少なくとも１個のコイルとで直列に前記出力ダイアゴナルに接続することができる。
【０１２３】
好ましくは、上記の変換器アセンブリは、
軸の周囲に巻かれ、軸方向の空所を中に有し、励起されると、前記空所に受けられるシャフト又は他の細長い部材の強磁性部分中に軸方向磁化を発生させることができるコイルと、前記コイルを交流で励起して、前記部品中に、部品中のトルクに依存する成分を発する交互極性の磁場を発生させるための、比較的小さいデューティサイクルを有する交互極性の一連の電流パルスを前記コイル中に生成するように作動することができる励起手段と、前記コイルの端部及び前記空所に隣接して配置された、前記空所に受けられた強磁性材料の部分に対応する磁場成分を検出するための、前記軸に対して接線方向（円周方向）にある磁場成分を検出するように向けられた少なくとも１個のセンサ装置を含む、前記一連の電流パルスに対応する交互極性の一連のトルク依存信号パルスを生成するように作動することができるセンサ構造と、前記一連の信号パルスに応答して、前記一連の信号パルスのピーク間値に依存するトルク表示出力信号を発するピーク間検出器を含む信号処理手段とを含む。
【０１２４】
好ましくは、前記励起手段は、ＤＣ電源から切換え波形、たとえば長方形（正方形を含む）波形を生成するための手段と、前記波形を前記少なくとも１個のコイルに印加するために微分するための手段とを含む。
【０１２５】
好ましくは、前記微分手段は、前記コイルが励起される回路と直列にあるコンデンサを含む。
【０１２６】
好ましくは、切換え波形を生成するための前記手段は、制御されるスイッチをアームごとに有する全波ブリッジ回路を含み、前記コイルが、ブリッジ回路の一方のダイアゴナルに接続され、この回路の他方のダイアゴナルに励起電流源を接続することができる。
【０１２７】
好ましくは、前記励起手段は、制御されるスイッチをアームごとに有する全波切換えブリッジを含み、前記コイルが、コンデンサとで直列にブリッジの一方のダイアゴナルに接続され、このブリッジの他方のダイアゴナルに励起電流源を接続することができる。
【０１２８】
好ましくは、前記コイル及び前記少なくとも１個のセンサは一体型アセンブリである。
【０１２９】
好ましくは、前記シャフトは、シャフトの縦軸を中心とするトルクを加えられるために取り付けられ、前記シャフトの少なくとも一部の領域が強磁性材料でできており、少なくとも１個のコイルが前記領域の周囲に取り付けられ、励起されると軸方向磁化を前記領域中に誘導することができ、センサ構造が、前記コイル及び前記領域に隣接して取り付けられ、前記領域に対して外にある接線方向（円周方向）磁場成分を検出するように向けられた少なくとも１個のセンサ装置を含む。
【０１３０】
好ましくは、前記シャフトは、シャフトの縦軸を中心とするトルクを加えられるために取り付けられ、前記シャフトの少なくとも一部の領域が強磁性材料でできており、少なくとも１個のコイルが前記領域の周囲に取り付けられ、励起されると軸方向磁化を前記領域中に誘導することができ、センサ構造が、前記コイル及び前記領域に隣接して取り付けられ、前記領域に対して外にある接線方向（円周方向）磁場成分を検出するように向けられた少なくとも１個のセンサ装置を含む。
【０１３１】
好ましくは、前記センサ構造は、それぞれが磁場の検出のための最大感度の軸を有する第一及び第二のセンサ装置を含み、前記第一及び第二のセンサ装置が、それぞれの最大感度の軸を互いに対して斜めに有するように配置されて、前記角度の範囲、好ましくは二等分内に組み合わせ応答軸を提供する。
【０１３２】
好ましくは、前記センサ構造は、それぞれが磁場の検出のための最大感度の軸を有する第一及び第二のセンサ装置を含み、前記第一及び第二のセンサ装置が、それぞれの最大感度の軸を互いに対して斜めに有するように配置されて、前記角度の範囲、好ましくは二等分内に組み合わせ応答軸を提供する。
【０１３３】
好ましくは、前記センサ構造は、それぞれが磁場の検出のための最大感度の軸を有する第一及び第二のセンサ装置を含み、前記第一及び第二のセンサ装置が、それぞれの最大感度の軸を互いに対して斜めに有するように配置されて、前記角度の範囲、好ましくは二等分内に組み合わせ応答軸を提供する。
【０１３４】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルは、その各側に対して軸方向にあり、励起されると変換器領域の周囲の前記コイルの極性とは反対の極性の磁場を発生させるように接続されたさらなるコイルを有する。
【０１３５】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルは、その各側に対して軸方向にあり、励起されると変換器領域の周囲の前記コイルの極性とは反対の極性の磁場を発生させるように接続されたさらなるコイルを有する。
【０１３６】
好ましくは、前記少なくとも１個のコイルは、その各側に対して軸方向にあり、励起されると変換器領域の周囲の前記コイルの極性とは反対の極性の磁場を発生させるように接続されたさらなるコイルを有する。
【０１３７】
好ましくは、前記方法はさらに、最初に述べたコイルと同軸の軸の周囲にそれぞれが巻かれ、軸方向の空所を中に有する第一及び第二のさらなるコイルを、最初に述べたコイルと共通の軸に沿って整合させて、最初に述べたコイルが前記第一及び第二のさらなるコイルの間でそれらから離間する状態で配置して、３個すべてのコイルを通って延びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性部分を受けることを含む。
【０１３８】
好ましくは、前記装置はさらに、最初に述べたコイルと同軸の軸の周囲にそれぞれが巻かれ、軸方向の空所を中に有する第一及び第二のさらなるコイルを含み、最初に述べたコイルならびに前記第一及び第二のさらなるコイルが共通の軸に沿って整合した状態で配置されて、最初に述べたコイルが前記第一及び第二のさらなるコイルの間でそれらから離間して、シャフト又は他の細長い部材の強磁性部分を受けて３個すべてのコイルに通して延ばす。
【０１３９】
好ましくは、前記変換器アセンブリはさらに、最初に述べたコイルと同軸の軸の周囲にそれぞれが巻かれ、軸方向の空所を中に有する第一及び第二のさらなるコイルを含み、最初に述べたコイルならびに前記第一及び第二のさらなるコイルが共通の軸に沿って整合した状態で配置されて、最初に述べたコイルが前記第一及び第二のさらなるコイルの間でそれらから離間して、シャフト又は他の細長い部材の強磁性部分を受けて３個すべてのコイルに通して延ばす。
【０１４０】
好ましくは、３個すべてのコイルが直列に接続されて、前記第一及び第二のさらなるコイルが励起されると、最初に述べたコイルによって発生する磁場とは反対の極性の磁場を発生させるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の一つの実施態様の縦断面図である。
【図２】変位Ｓの関数として出力信号ＶOを発する出力回路のブロック図である。
【図３】出力ＶO対変位Ｓの応答曲線を示す図である。
【図４】４ａは、コイル励起波形を示す図である。  ４ｂは、図２の信号コンディショニング回路からの出力信号を示す図である。  ４ｃは、図２の信号コンディショニング回路からの出力信号を示す図である。
【図５】本発明のもう一つの実施態様を示す図である。
【図６】変換器アセンブリが取り付けられているシャフトを示す略図である。
【図７】図６のアセンブリの励起したコイルによって発生する検出可能な外部磁場を示す図である。
【図８ａ】センサ装置がコイルの各側にある状態でシャフトに取り付けられた一体型変換器アセンブリを含む変換器の斜視図である。
【図８ｂ】参照センサ装置を追加した図８ａの変換器の略図である。
【図９】外部磁場を打ち消すために配置された２個の誘導型センサ装置（飽和コアセンサ）を有するセンサ構造を示す図である。
【図１０】外部磁場を打ち消すセンサ４個のセンサ構造を示す図である。
【図１１】ＡＣ励起変換器システムを示す略図である。
【図１２】変換器アセンブリに対するシャフトの動きに関連して考察すべき要素を示す図である。
【図１３】変換器領域の軸に対する変換器アセンブリの軸方向スキュー又は傾斜に対する感度を下げるための一つのセンサ構造を示す図である。
【図１４】傾斜又はスキューに対する感度を利用することによって力の計測に変換器を使用する一つの実施態様を示す図である。
【図１５】力の計測のための第二の実施態様を示す図である。
【図１６】走行する糸又は他の同様な長手方向に移動する可撓性物品の張りの計測において図１４又は１５の力計測実施態様を具現化したものを示す図である。
【図１７】残留磁化を変換器領域に定着させる可能性を減らすための、さらなるコイルを含む変換器アセンブリの変形態様を示す図である。
【図１８ａ】シャフトに適用された、変換器要素及びセンサ装置の変換器アセンブリの斜視図である。
【図１８ｂ】図１８ａのシャフト及び変換器アセンブリの端面図である。
【図１９ａ】センサ装置をシャフトの輪郭内に収容するための、シャフトの変形の斜視図及び端面図である。
【図１９ｂ】センサ装置をシャフトの輪郭内に収容するための、シャフトの変形の斜視図及び端面図である。
【図２０ａ】変換器アセンブリのコイルの双極パルス駆動電流波形を示す図である。
【図２０ｂ】センサ装置によって検出されるトルク依存磁場成分を表す出力波形を示す図である。
【図２１】変換器励起コイルが接続されている、動作の半サイクルにある駆動回路を示す図である。
【図２１ａ】動作の次の半サイクルにある駆動回路を示す図である。
【図２２ａ】トルクなし条件及びトルク付き条件の場合での、動作の連続半サイクル中のシャフトの変換器領域の磁場を示す図である。
【図２２ｂ】トルクなし条件及びトルク付き条件の場合での、動作の連続半サイクル中のシャフトの変換器領域の磁場を示す図である。
【図２２ｃ】トルクなし条件及びトルク付き条件の場合での、動作の連続半サイクル中のシャフトの変換器領域の磁場を示す図である。
【図２２ｄ】トルクなし条件及びトルク付き条件の場合での、動作の連続半サイクル中のシャフトの変換器領域の磁場を示す図である。
【図２３】センサ装置信号の信号処理回路のブロック図である。
【図２４】トルクレンチアダプタへの応用を示す図である。
【図２５】１個の励起コイルを使用する変換器アセンブリの変形態様を示す図である。
【図１】
2005517946.tif 000003
【図２】
2005517946.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
2005517946.tif 000010
【図８ｂ】
2005517946.tif 000011
【図９】
2005517946.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2005517946.tif 000014
【図１２】
2005517946.tif 000015
【図１３】
2005517946.tif 000016
【図１４】
2005517946.tif 000017
【図１５】
2005517946.tif 000018
【図１６】
2005517946.tif 000019
【図１７】
2005517946.tif 000020
【図１８ａ】
2005517946.tif 000021
【図１８ｂ】
2005517946.tif 000022
【図１９ａ】
2005517946.tif 000023
【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
2005517946.tif 000026
【図２１】
2005517946.tif 000027
【図２１ａ】
2005517946.tif 000028
【図２２ａ】
2005517946.tif 000029
【図２２ｂ】
2005517946.tif 000030
【図２２ｃ】
2005517946.tif 000031
【図２２ｄ】
2005517946.tif 000032
【図２３】
2005517946.tif 000033
【図２４】
2005517946.tif 000034
【図２５】
2005517946.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月24日(2004.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位を計測するための変換器であって、
軸の周囲に巻かれ、励起されると磁場を発生させることができるコイルと、間にあるコイルと軸方向に離間し、それぞれがコイルに隣接してコイルの励起によって発生する磁場成分に応答する第一及び第二の磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
コイルによって発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と、
を含み、
強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、第一及び第二のセンサ装置によって感知される各磁場成分の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしてあり、
強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置され、
前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている変換器。
【請求項２】
前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項１記載の変換器。
【請求項３】
強磁性部材が環の形状であり、部材及びコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項１記載の変換器。
【請求項４】
強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項３記載の変換器。
【請求項５】
強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項１〜４のいずれか記載の変換器。
【請求項６】
相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記第一及び第二のセンサ装置が互いに反対にその回路に接続されて、出力信号が、それらによって感知される各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項１〜５のいずれか記載の変換器。
【請求項７】
前記コイルを励起するために接続されたＡＣ電源をさらに含む、請求項１〜６のいずれか記載の変換器。
【請求項８】
前記ＡＣ電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項７記載の変換器。
【請求項９】
変位を計測するための変換器であって、
それぞれ軸の周囲に巻かれ、軸方向に離間し、励起されてコイル間の領域に対向する磁場を発生させるように相互接続されている第一及び第二のコイルと、前記領域中に配置され、その中で発生する対向する磁場の平衡に応答する磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
励起されたコイルによって前記領域中に発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と
を含み、
前記強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、前記センサ装置によって感知される対向する磁場の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしてあり、
強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置され、
前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている変換器。
【請求項１０】
前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項９記載の変換器。
【請求項１１】
強磁性部材が環の形状であり、一方では部材が、ならびに他方では第一及び第二のコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項９記載の変換器。
【請求項１２】
強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項１１記載の変換器。
【請求項１３】
強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項１〜１２のいずれか記載の変換器。
【請求項１４】
相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記センサ装置がその出力回路に接続されて、出力信号が、第一及び第二のコイルによって発生する各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項９〜１３のいずれか１項記載の変換器。
【請求項１５】
前記コイルを励起するために接続されたＡＣ電源をさらに含む、請求項９〜１４のいずれか１項記載の変換器。
【請求項１６】
前記ＡＣ電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項１５記載の変換器。
【請求項１７】
前記コイルが前記電源に直列に接続されている、請求項１５又は１６記載の変換器。
【国際調査報告】
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