(57)【要約】例えば、シャフト（２１０）の部分におけるトルクを測定する方法であって、トルクが印加される軸の回りに巻かれた少なくとも１つのコイル（２１２）が、トルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界をその部分に生成するようにＡＣ活性化される。磁界センサ配置（２１８）が、放射された成分に応答してトルクを示す信号を生成する。少なくとも１つのコイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列（２２０）により活性化される。センサ配置は、活性化パルスに対応する交番のセンサパルスを生成し、そしてセンサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する。
2005517947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば、シャフトの部分におけるトルクを測定する方法であって、前記部分の軸の回りのトルクが印加される軸の回りに巻かれた少なくとも１つのコイルが、トルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成するようにＡＣ活性化され、磁界センサ配置が前記放射された成分に応答してトルクを示す信号を生成し、
前記少なくとも１つのコイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列により活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番のセンサパルスを生成し、そして
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項２】
前記活性化パルスは、例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を微分することにより発生される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スイッチング波形は、容量を通して少なくとも１つのコイルに印加される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記活性化パルス列は、スイッチングブリッジ回路により発生され、前記スイッチングブリッジ回路の入力対角にＤＣ入力が印加され、前記スイッチングブリッジ回路の出力対角に前記少なくとも１つのコイルが前記ブリッジ回路のスイッチングに起因するＡＣ波形を受けるように接続される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコイルが活性化される前記回路の経路は、直列容量を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記直列容量は、前記出力対角に接続される前記少なくとも１つのコイルと直列に接続されている請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのコイルは、第１及び第２の軸方向に離れたコイルを備え、前記部分の変換器領域が前記第１と第２のコイルの間に規定される請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１と第２のコイルは、直列に接続され、前記変換器領域内の軸方向を向いた磁界を付加的に生成する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分を検出するように向けられたセンサデバイスを備える請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分の検出のために、単一の位置で作用する単一センサデバイスを備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の外に配置されたセンサデバイスを備える請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の実質的に内部に配置されるように、前記部分の切り欠き、窪み又は空洞内に配置されたセンサデバイスを備える請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ配置は、単一の位置で動作し、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分を検出するように向けられた単一センサデバイスを備える請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
例えば、シャフトの部分においてその回りに印加されるトルクを測定する装置であって、
前記部分の軸の回りに巻かれた少なくとも１つのコイルと、
前記少なくとも１つのコイルを交流で活性化して、前記部分内のトルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成する活性化手段と、
前記放射された成分に応答してトルクを示す信号を生成する磁界センサ配置を含む処理手段とを備え、
前記活性化手段は、前記少なくとも１つのコイル内に、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列を発生するように動作し、
前記センサ配置は、前記電流パルス列に対応する、交番の極性のトルク依存信号パルス列を提供するように動作し、
前記信号処理手段は、前記信号パルス列に応答して、前記信号パルス列のピーク・ツー・ピークの値に依存するトルクを表す出力信号を生成する装置。
【請求項１５】
前記活性化手段は、ＤＣ電源から例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を発生する手段と、前記少なくとも１つのコイルに印加するために前記波形を微分する手段とを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記微分手段は、前記少なくとも１つのコイルが活性化される回路経路に直列な容量を備える請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記スイッチング波形を発生する手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記少なくとも１つのコイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って接続される請求項１４、１５又は１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記活性化手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記少なくとも１つのコイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って容量と直列に接続される請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのコイルは、前記部分の変換器領域が規定される間に第１及び第２の軸方向に離れたコイルを備える請求項１４から１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１及び第２のコイルは、直列に接続され、前記変換器領域内の軸方向を向いた磁界を付加的に生成する請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分を検出するように向けられたセンサデバイスを備える請求項１４から２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分の検出のために、単一の位置で作用する単一センサデバイスを備える請求項２に記載の装置。
【請求項２３】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の外に配置されたセンサデバイスを備える請求項２１又は２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の実質的に内部に配置されるように、前記部分の切り欠き、窪み又は空洞内に配置されたセンサデバイスを備える請求項２１又は２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記センサ配置は、単一の位置で動作し、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分を検出するように向けられた単一センサデバイスを備える請求項２３又は２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのコイルは単一のコイルを備え、前記センサ配置は、前記単一コイルの一方の端に近接して配置され、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分に応答するように配置される請求項１に記載の方法又は請求項１４に記載の装置。
【請求項２７】
シャフト又は他の部分（合わせて「シャフト」と称する）におけるトルクを、
長手軸の回りのトルクの印加のために取り付けられたシャフトであって、前記シャフトの少なくとも１領域は強磁性体材料であるシャフトと、
前記領域の回りに巻かれ、前記領域内で軸方向の磁化を呈するように活性化可能なコイルと、
前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える変換器手段により、
測定する方法であって、
前記コイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列で活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番の極性のセンサパルスを生成し、
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項２８】
細長い部材に印加される力を、
前記細長い部材をその長手軸の回りに角度的に傾けるか又は曲げる力の印加を受けるように取り付けられ、前記傾き又は曲げが起きる部分に少なくとも強磁性体材料の領域を有する細長い部材と、
前記領域の回りに取り付けられ、前記領域内に軸方向に向いた磁化を呈するように活性化可能なコイルと、
前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える変換器手段により、
測定する方法であって、
前記コイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列で活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番の極性のセンサパルスを生成し、
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項２９】
前記コイル及び前記少なくとも１つのセンサデバイスは、単一の変換器アセンブリ内に較正される請求項２７又は２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記活性化パルスは、例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を微分することにより発生される請求項２８、２９又は３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記スイッチング波形は、容量を通して前記少なくとも１つのコイルに印加される請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記活性化パルス列は、スイッチングブリッジ回路により発生され、前記スイッチングブリッジ回路の入力対角にＤＣ入力が印加され、前記スイッチングブリッジ回路の出力対角に前記少なくとも１つのコイルが前記ブリッジ回路のスイッチングに起因するＡＣ波形を受けるように接続される請求項２７、２８又は２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのコイルが活性化される前記回路の経路は、直列容量を有する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記直列容量は、前記出力対角に接続される前記少なくとも１つのコイルと直列に接続されている請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
軸の回りに巻かれ、軸の空洞を有し、前記空洞内で受けることが可能なシャフト又は他の細長い部材の強磁性体の部分に軸方向に向いた磁界を生成するように活性化されるコイルと、
前記コイルを交流で活性化して、前記部分内のトルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成し、相対的に小さなデューティサイクルを有する交番の極性の電流パルス列を前記コイル内に発生する活性化手段と、
前記空洞内で受けた強磁性体材料の部分に関係する磁界成分を検出するように、前記コイルの端及び前記空洞に隣接して配置された少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスは、前記軸に対して接線（周）方向の磁界成分を検出するように向けられており、前記電流パルス列に対応した交番の極性のトルク依存信号パルス列を提供するように動作するセンサ配置と、
前記信号パルス列に応答して、前記信号パルス列のピーク・ツー・ピークの値に依存するトルクを表す出力信号を生成する信号処理手段とを備える変換器アセンブリ。
【請求項３６】
前記活性化手段は、ＤＣ電源から例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を発生する手段と、前記コイルに印加するために前記波形を微分する手段とを備える請求項３５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項３７】
前記微分手段は、前記コイルが活性化される回路経路に直列な容量を備える請求項３６に記載の変換器アセンブリ。
【請求項３８】
前記スイッチング波形を発生する手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って接続される請求項３５、３６又は３７のいずれか１項に記載の変換器アセンブリ。
【請求項３９】
前記活性化手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って容量と直列に接続される請求項３５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４０】
前記コイル及び前記少なくとも１つのセンサは、単一アセンブリである請求項３５から３９のいずれか１項に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４１】
前記シャフトは、前記シャフトの長手軸の回りのトルクの印加のために取り付けられ、前記シャフトの少なくとも１領域は強磁性体材料であり、
前記少なくとも１つのコイルは、前記領域の回りに巻かれ、前記領域内で軸方向の磁化を呈するように活性化可能であり、
前記センサ配置は、前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記シャフトは、前記シャフトの長手軸の回りのトルクの印加のために取り付けられ、前記シャフトの少なくとも１領域は強磁性体材料であり、
前記少なくとも１つのコイルは、前記領域の回りに巻かれ、前記領域内で軸方向の磁化を呈するように活性化可能であり、
前記センサ配置は、前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項４３】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項１、２７又は２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項１４に記載の装置。
【請求項４５】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項３５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４６】
前記少なくとも１つのコイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項１、２７又は２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
前記少なくとも１つのコイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項１４に記載の装置。
【請求項４８】
前記少なくとも１つのコイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項３５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４９】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に配置し、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に備え、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項４７に記載の装置。
【請求項５１】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に備え、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項４８に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５２】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項５１に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５３】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項５０に記載の装置。
【請求項５４】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトのような部分におけるトルクを測定する方法及び装置に関する。本発明は、更に延びた部材にチルト（傾き）又はスキュー（曲げ）を与えるような力を測定する方法及び装置に関する。本発明は、更に変換器アセンブリ、特に磁気に基づく変換器及び変換器アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気変換器技術は、シャフトにおけるトルク又はトルク変換のための他の部品を測定するために広く受け入れられている。磁気に基づくトルク変換器は、特に長軸の回りを回転するシャフトの非接触トルクセンサに応用を見出している。１つ以上の変換器要素として使用される１つ以上の磁気領域が、シャフトの内又は表面に生成され、シャフトの外にトルク依存の磁界成分が放射され、それがシャフトに接触しないセンサ配置により検出される。
【０００３】
以下の記載は、シャフトに関連して行われるが、他の関連を示さなくても、一般の部品におけるトルクの測定に適用可能であることが理解できるであろう。
【０００４】
トルク変換器における変換要素として使用される磁気領域の１つの種類は自己励起であり、それは外部のトルク依存磁界を放射する永久又は記憶磁化の領域である。変換器領域はしばしば「コード化されている」として言及され、磁化の所定の構成がその中に記憶されている。
【０００５】
変換器要素は、シャフト又は部品の強磁性体の一体化領域において記憶又は永久（残留）磁化の領域において生成される。この種の変換器要素は、公開された国際出願WO99/56099,WO01/13081,WO01/79801に開示されている。記憶された磁化は、WO99/56099に開示されたような強磁性体シャフトの一体化領域における周方向として知られている種類のもの、又は米国特許第5,351,555に開示されたようなシャフトに取り付けられた周方向に磁化されたリングである。周方向の磁化は、シャフトの回りに閉じた周辺ループを形成し、印加されたトルクに応答して軸方向に向かう外部磁界を生成する。記憶された磁化の他の形はシャフトの一体化部分であり、そこでは、記憶された磁化がシャフトの軸の回りの環をしており、長軸方向、すなわちシャフト軸の方向に向いている。長軸磁化の１つの種類は、周方向（接線方向）検出の長軸磁化として知られており、WO01/13081に開示されている。他の種類は、WO01/79801に開示されているようなプロフィールシフトの長軸磁化として知られている。
【０００６】
変換器磁化のこれらすべての形式は、それらが永久磁石に記憶された残留磁気により発生される単極磁束で動作するという点で、「直流（ＤＣ）磁化」である。
【０００７】
自己励起変換器要素で使用するセンサデバイスは、ホール効果、磁気抵抗、又は飽和コア型のものである。これらのセンサデバイスは、方向に対して感度を有する。それらは、最大応答軸と、最小応答の垂直軸とを有する。
【０００８】
磁気変換器領域の他の種類は、領域の回りの励起されたコイル巻線により外部から活性化される。外部活性化変換器の１つの形式は、領域が励起巻線をセンサ巻線に連結し、連結がトルクに依存するトランス型である。例えば、変換器要素の透磁率はトルクに依存する。トランス型変換器は、ＡＣ活性化である。トランス型変換器の１つの例は、EP-A-0321662に開示されており、変換器領域は表面において所望の磁気異方性を有するように特別に準備される。
【０００９】
トルクの伝達が強打、衝撃又は他の鋭利なパルスになるような厳しい機械的なストレスの状況下では、記憶された磁化は劣化し、変換器の動作は不満足になる。更に、トルクの測定は、大部分が不明で予測不能な形の干渉磁界のある状況でなされる必要がある。このような磁界は、製造プラント及びそのような完了で生じ易い。磁界干渉は、単極磁界、スパイク状のノイズ、局部的な電力線周波数における「ＡＣ」磁界などから生じ得る。
【００１０】
外部励起変換器要素の他の形式はWO01/27584に開示されており、そこでは、シャフトの領域の磁化は、印加されたトルクが測定されるシャフトに同軸に取り付けられる１つ以上のコイルの励起から生じる。コイルは、軸方向に離れており、それらの間が変換器領域として規定される。コイルは直列に接続され、コイルの間の変換器領域において同じ方向で磁界を発生する。コイルは、所定の極性の長軸磁界を生成するように活性化される。変換器領域における長軸磁界は、シャフトに印加されたトルクに応じた量だけ方向が変えられ、トルクの関数である外部周方向（接線方向）の磁界成分を生成する。磁界の軸方向の成分は、周方向の成分の測定に対する参照基準を提供するように別々に検出される。もしコイルがＤＣ活性化されるならば、その結果生じる磁界は、トルクが測定されるシャフトに沿って伸びる磁界のような他の局部的な磁界により干渉される。
【００１１】
WO01/27584に開示されたトルク測定システムにおいては、離されたコイルの組は、主電力周波数のようなノイズ周波数から分離可能なように選択された周波数で活性化され、センサ出力は周波数選択方法でも検出される。トルク依存の「ＡＣ」又は交番極性（ＡＰ）の磁界成分が検出される。ＡＣ活性化を使用することにより、干渉するＤＣ磁界はそれに対して識別でき、ＡＣ周波数は例えば５０又は６０Ｈｚの局部的な電力線又は供給周波数としての干渉に対して識別するように選択できる。検出は、ＡＣ活性化に同期してもよい。検出される外部磁界は、変換器領域に取り付けられた磁性材料の離れたつばの組により、変換器領域内の長軸磁界の外部成分がつばの間の窪み内で確立するのを助成するように高められる。周方向（接線方向）配置においてトルク依存の磁界に応答するセンサ配置は、窪み内に位置する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これまで説明した変換器は、変換器領域が記憶された磁化でコード化されなくてもよいという利点を有する。それにもかかわらず、変換器領域は、離れた１組のコイルの間に規定されなければならない。コード化が必要でなく、小型の形状で実現でき、トルクが印加されるシャフト又は他の部品に配置するのに容易である変換器アセンブリを提供することは、利点がある。
【００１３】
従来技術は、電位測定誤差を相殺して、干渉する磁界の影響をゼロにするのを補助するために、２つ以上のセンサデバイスを使用する各種の磁界センサ配置も開示している。小さいけれども、そのようなセンサ配置はスペースが最重要である状況では収容するのが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、干渉磁界に対する耐性がより高い磁気ベースの変換器を実現できる技術を提供することを目的とする。それは、トルクに依存する磁界成分を検出するための単一センサデバイスを使用する小型の形で実現できる。この結果、変換器要素は、離れたコイルの組又は単一コイルの活性化により生じるトルク依存の磁界を有する。変換器領域は、交番の極性の短期間の磁気パルスを受け、センサ配置により検出されるに従って微分測定がこれらのパルスに対して行われる。特に、微分測定は、ピーク・ツー・ピーク測定である。このような測定は、単一位置で作用する単一センサデバイスを利用して満足の行く程度に実現される。
【００１５】
以下説明するように、本発明は、衝撃を受けたり、予期できない性質の干渉磁界が起きるような悪い環境で具体化できる。
【００１６】
本発明の態様及び特徴は以下の説明を伴う特許請求の範囲に示される。
【００１７】
本発明の１つの態様は、もしコイルがトルクを受ける強磁性体のシャフトの回りに配置され、コイルが電流で活性化されるならば、磁界は、少なくとも表面に隣接したシャフトの環状領域に現れるという考察から導出された。この磁界は、一般的に軸方向を向いている。コイルが位置するシャフトの領域におけるこのような磁界は、トルクにより歪まされ、周（接線）方向の磁界成分を発生する。この磁界成分の大きさ及び方向は、トルクの大きさ及び方向に依存する。磁界はコイル内のシャフト領域内で主として発生されるが、所望のトルク依存特性を示す十分な外部磁界がコイルの各端に非常に近接して見出され、コイルに近接したセンサにより検出できる。シャフトの外径は、シャフト上に支持されるコイルの内径に非常に近く、シャフトはコイル内を回転可能であるが、コイルにより発生された磁界がシャフトを貫通するのを可能にする。更に、長手方向又は軸方向の成分のようなコイルによって発生された磁界成分を検出するように第２センサを配置することができ、それはトルクによっては影響されないか又は実質的にそのようになる。第２センサからの信号は、トルク依存磁界成分が測定される時の基準信号を生成するのにも使用できる。
【００１８】
本発明の他の態様は、もしコイルが強磁性体の細長い部材の回りに部材の軸に対して横方向の力を受けるように配置され、コイルが電流で活性化されるならば、少なくとも表面に隣接したシャフトの環状領域内には磁界が発生されるという考察から導出された。この磁界は、一般に軸方向を向いている。コイルが配置される部材の領域内のこのような磁界は、細長い部材に印加される横方向の力により歪まされ、力は細長い部材の軸をコイルの軸に対し傾けるか又は曲げるように働く。この力は、周（接線）方向において磁界成分を発生させ、その大きさ及び方向は傾き又は曲げの大きさ及び方向、及びそれを起こした力の大きさ及び方向に依存している。磁界の大きさは、コイル内の細長い部材の領域内に発生されるが、所望の力に依存する特性を示す十分な外部磁界がコイルの各端に非常に近接して見出され、コイル内に近接して配置されたセンサにより検出できる。細長い部材の外部断面は、部材上に支持されたコイルの内部断面に十分に近似しており、細長い部材がコイル内で傾き又は曲がるの（変形）が可能であるが、コイルにより発生された磁界がシャフト内を貫通するのを可能にする。細長い部材は印加された力に起因する曲げモーメントを受ける。いずれにしろ、それは、印加力に応じてピボットの回りを角度変位可能であるようにピボット可能に取り付けられる。更に、第２センサは、長手方向又は軸方向の成分のようなコイルによって発生された磁界成分を検出するように第２センサを配置することができ、それはトルクによっては影響されないか又は実質的にそのようになる。第２センサからの信号は、トルク依存磁界成分が測定される時の基準信号を生成するのにも使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明及びその実施例が、付属の図面を参照して説明される。
【００２０】
トルク測定
図１は、円形の断面であると仮定され、長軸Ａ−Ａの回りを回転するように取り付けられたシャフト１０を示す。シャフト１０は、連続して回転し、ある限界角度範囲を越えて回転し、他方の端にトルクが印加されても一方の端に保持される。トルクＴは端１２に印加され、端１４に接続された負荷（図示せず）を駆動するように示される。
【００２１】
コイルＬDは、シャフトのトルクを測定するための変換器領域として動作するシャフトの領域２０の回りに取り付けられる。少なくともシャフトの変換器領域は強磁性体材料である。変換器領域は、シャフトの材料内に所望の磁界を形成し、いくつかの実際的な応用で起きるコイルに対するシャフトの軸変位を可能にするのに十分な軸長を有す必要がある。領域２０は、破線により概念的な限界が示されている。コイルＬDは、らせんコイルであり、単層又は多層であり、シャフト軸Ａに対して同軸であり、又は巻枠の上に重ね巻きされている。コイルは、電源２２により活性化され、それについては以下に更に説明される。少なくとも１つのセンサデバイス２３は、コイルＬDと領域２０に非常に近接して取り付けられる。すなわち、デバイス２３は、シャフトが受けられる軸の空隙に非常に近接している。デバイス２３は、最大感度の軸が接線方向又は周方向になるように向けられている。少なくとも１つのセンサデバイス２４は、最大感度の軸が接線方向又は周方向になるように、コイルに近接して取り付けられる。センサ２３及び２４の機能は、WO/27584の図８ａにそれぞれ示されたセンサ２３及び２４に対応する。センサは、ホール効果又は磁気抵抗型であればよいが、公開された国際出願WO98/52063に開示されたような信号調整回路に接続された飽和コア型であることが望ましい。飽和コア型センサは、８の字応答を有し、その最大応答はコア軸に沿っており、その最小応答はこの軸に垂直である。３次元応答は、最大感度の軸の回りの８の字の回転である。コイルＬDを活性化する電源２２は、以下により詳しく説明する。電源はコイルＬDの活性化レベルを制御するように調整可能であることが望ましい。
【００２２】
WO01/27584は、その図８ａにおいて、シャフトの回りに巻かれた２つの離れたコイルの間に細長い磁界をどのように発生させるかを開示している。変換器領域は、２つのコイルの間の部分である。これに対して、図１の実施例において、変換器領域は励起コイルＬD内にあり、それを越えて伸びている。図２は、コイルＬDに印加された電流により発生される外部磁界３０の一般的な形を示す。それは軸Ａ−Ａの回りの環内に伸びている。それは、変換器領域２０内の軸方向の磁化（長軸磁化）の環内に伸びている。この環は、シャフト表面から内部に伸びている。内部磁界は図２には示していない。最高の結果としては、コイルＬDは強磁性体の変換器領域２０にできるだけ近接して接続される必要がある。コイルは、シャフト１０によく適合している巻枠に巻かれるが、巻枠内のシャフトの回転は可能である。コイルＬDに及び領域２０に非常に近接している磁界３０は、トルクに感度があり、トルクがあると周方向の成分を提供し、その極性及び強度は軸Ａ−Ａに印加されるトルクの方向及び強度に依存している。センサ２３はこの周方向の成分に応答するように配置される。センサ２４は、コイルＬDにより発生される磁界の全体レベルを表す信号を提供するように配置され、好ましくはトルクによっては実質的に影響されない軸成分を提供する。
【００２３】
図３ａは、コイルＬDが巻かれた近接適合している巻枠３２が取り付けられたシャフト１０の斜視図を示す。巻枠３２はそれに非常に近接している端ほお（チーク）３４ａ及び３４ｂを有し、シャフト表面にはセンサデバイス２３ａ及び２３ｂが、最大感度の軸がシャフトに対して周方向になるように取り付けられている。配置は図３ｂに示され、そこでは、デバイス２３ａ及び２３ｂは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。既に説明したように、コイル２４は、コイルＬDの近傍の、軸方向の磁界成分のあるどのような点にも取り付けることができ、そこからは参照信号を発生させることができ、その参照信号に対してセンサ２３ａ及び２３ｂからのトルク依存の信号が測定でき、又はその参照信号を他の方法で変換器の利得を制御するのに使用できる。
【００２４】
図４は、どのようにして各センサデバイス２３ａ、２３ｂが、軸の反対側のセンサデバイスの組を備えるセンサ配置として提供できるかを示す。図４は、変換器領域を通る断面図を示し、シャフト１０の変換器領域２０の反対側に巻かれたデバイス２３ａ１及び２３ａ２の組を備えるセンサ配置であるセンサ２３ａを示し、すなわち軸Ａ−Ａに対する直径方向を示す。変換器アセンブリの残りの部分は図示していない。図４の断面図において、Ｍｓで示されるトルク依存の磁界成分は、領域２０の直径の反対側で逆方向に向けられ、それぞれのデバイスコイル２３ａ１及び２３ａ２はトルク依存成分Ｍｓとして加算されるように直列に接続され、両方のセンサデバイスに共通に作用する外部磁界Ｅを相殺するように減算的に接続される。センサデバイス２３ａ１及び２３ａ２は、トルクを表す出力信号ＶTが得られる信号調整回路３６に直列に接続される。
【００２５】
シャフト１０は、変換器領域２０において軸Ａ−Ａからの偏向を生じる曲げモーメントを受けるようになっている。シャフトは、その回転においてその軸の揺れも受けるようになっている。もしシャフトが、矢印ｓの方向に垂直に、すなわちセンサデバイスの一方に向かい他方から離れる方向に偏向するならば、一方のデバイスは他方より大きな信号出力を提供する。出力は加算的に接続されているので、そのような偏向は少なくともある程度は相殺される。相殺は、デバイスにより検出される磁界強度がシャフト表面からの距離の二乗法則関数であるため正確ではない。しかし通常はそのような偏向は小さいことが期待でき、高度の相殺が行える。
【００２６】
もし偏向が矢印ｓの（又はそれと反対の）方向であり、偏向が小さくセンサデバイスの側方検出範囲内、すなわちデバイスで分解不能であるならば、混合した信号出力は影響されない。偏向が減少するに従って、各センサデバイス２３ａ１、２３ａ２はより小さいトルク信号出力を生成する。しかしながら、たとえシャフトが回転していなくても、偏向自体に起因する信号が各デバイスに発生される。偏向は、共通のモード効果であり、２つのデバイスの接続により相殺される。この主題は、特に図７を参照して更に以下で説明される。
【００２７】
コイルＬDの一方の端に近接しているセンサ配置は、更に拡張できる。例えば、図５は、変換器領域２０に対して互いに直径の逆側及び逆の放射方向に、デバイス２３ａ１、２３ａ２に対して直角方向に取り付けられた１組のセンサデバイス２３ａ３及び２３ａ４を付加したものを示す。デバイス２３ａ１、２３ａ２は、トルク依存磁界成分については互いに及びセンサデバイス２３ａ３及び２３ａ４に対して加算するように、磁界成分Ｅ’については減算するように接続されている。
【００２８】
図３ａ及び図３ｂのセンサデバイスとして、センサデバイスの１つ以上の組を同じに適用するのが適当である。更に、シャフトの回りに配置されるセンサデバイス２３ａ及び２３ｂ、またはそのより複雑なセンサ配置は必要でないことが重要である。各センサデバイスはそれぞれの検出回路及び必要に応じて組み合わされる個別の回路の出力に接続できるのも好ましいことである。
【００２９】
ここまで行われた説明はコイルのＤＣ活性化を仮定していた。これはＤＣ磁界と呼ばれるものになる。ＤＣ磁界の使用における応答の信頼性のため、上記のWO01/79801に記載されているように、シャフト１０は消磁又は磁気除去方法を受けていることが望ましい。上記で説明したセンサ配置においては、ＤＣ磁界の適用は現在使用している回路の最速のトルク信号応答をもたらす。すなわち回路全体が信号変化に対して最高のバンド幅を示す。しかしながら、ＡＣ活性化を採用してもよい。ＡＣ活性化は、いくつかの利点を有するが、他の要因も考慮しなければならない。ＡＣ変換器システム４０が図６に示されており、WO01/27584の図１２に示されたものと比較される。ＡＣ電源４２は、周波数ｆでコイルＬDを活性化する。電源は両極性のパルス電源である。センサ配置２４に接続される信号調整回路４４は、フィルタ機能４６を備えており、センサ配置２４により検出された周波数ｆにおける磁界成分を取り出す。フィルタは、電源４２から駆動され、破線で示されるように、フィルタ４６が電源周波数ｆを追跡するのを保証する。回路４４における検出器が電源４２からの信号により駆動される同期検出が使用される。同様に、センサ配置２３は、フィルタ機能５０を有する周波数選択的信号調整回路４８に接続され、トルク依存の磁界成分を表す出力を提供する。この成分は、回路４４から得られた参照レベル成分と一緒に、信号処理回路５２に印加され、そこ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、ハードウエア又はソフトウエアで実行され、フィルタリングは全信号経路における各種の点で実行されることが理解される。電源／フィルタシステムの動作周波数ｆは、例えば電源（メイン）周波数などの電位干渉電源の周波数と十分に識別可能なように選択されることが望ましい。
【００３０】
飽和コア型のセンサは、１０ｋＨｚまで又はそれ以上で動作可能であるが、センサの応答を考慮するのに加えて、コイルＬDを駆動する性能における電源周波数応答を考慮しなければならない。他にも考慮しなければならない周波数依存特性があり、特に変換器領域がシャフトの一体部分である時には考慮しなければならない。
【００３１】
コイル磁界の変換器領域の材料内への浸透深さは、周波数に依存する。それはゼロ周波数、すなわち直流で最大であり、駆動周波数が増加するに従って減少する。例えば、直径１８ｍｍのＦＶ２５０Ｂスチールシャフトは、ＤＣ活性化コイルによっては完全に浸透されるが、１００Ｈｚの等価なＡＣ電流によっては完全には浸透されない。トルク依存応答は表面に近接した環状ゾーンに集中される傾向にあるため、変換器領域の全断面の浸透は本質的ではない。しかしながら、周波数が増加するに従って、印加トルクに対するトルク依存信号出力である伝達関数の利得又は傾きは減少する傾向にあることが分かった。
【００３２】
上記の変換器及び変換器アセンブリは、次の利点を提供する。
【００３３】
（巻枠付きの）コイルのアセンブリ及びセンサ配置又は配置は、シャフトに取り付け可能な単体要素として作ることができ、単体構造は信号調整及び処理回路も備えることができる。
【００３４】
製造プロセスは、変換器領域に永久磁化を作るためのどのようなコード化方法も必要としない。同質のシャフトにおいては、どこに変換器領域を作るかは自由であり、シャフトの所定の領域に対する変換器アセンブリの特別な配向は必要ない。
【００３５】
永久磁石で起き得る時間による変換器領域の磁化の劣化はない。
【００３６】
変換器の伝達関数の利得又は傾きは、変換器コイルへの駆動電流の関数である。非線形応答を生成する活性化電流のレベル、応答感度の不足は、前述のプロフィールシフト磁化により達成されるより実質的に大きくできる。
【００３７】
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変位に対して感度を有さない。
【００３８】
選択された周波数でのＡＣのように動作する機能は、雑音環境内での動作を可能にし、シャフト内の迷磁気に対して変換器をより耐性があるようにする。
【００３９】
ＤＣとＡＣの両方の適用に対して考慮される他の要因は図７に示され、シャフト１０、活性化コイルＬ及び周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デバイス２３を示す。センサデバイス２３の軸Ｂ−Ｂの最大感度は、シャフトの軸Ａ−Ａに対して角度αで配置されている。軸Ａ−Ａは図の平面内にあり、軸Ｂ−Ｂは図の平面に平行で、その上にある。角度αは、図の平面に投影された軸Ｂ−Ｂとの間の角度であり、理想的には９０°である。永久的に磁化された変換器領域のいくつかの形状と比較して、変換器領域が一体化される長さに沿って同質であるシャフトを有する場合のように、変換器領域が同質なシャフト材料により区切られるならば、上記の変換器アセンブリは変換器領域の軸シフトに対して感度がない。しかしながら、変換器アセンブリ（コイルにセンサ配置を加えたもの）は、角度αに影響するアセンブリに対するシャフト軸の曲がり又は傾きに対して感度がある。
【００４０】
軸の曲がりに対して感動を与え、それを柔らげることに注目する。上記の変換器アセンブリは、加えられた力の測定を可能にする好ましい方法において、軸の曲がりを使用するように適用できることも示される。
【００４１】
再び図７を参照して、シャフト１０にはトルクはないが、シャフト軸はコイルＬDの軸に対して角度αが９０°でないように傾いている場合を考える。コイルが活性化される。
【００４２】
その結果、コイルＬDにより発生された磁界の横方向の成分が、センサデバイス２３により検出される。もし図４に示したようなセンサ配置が使用されるならば、矢印Ｓにより示される曲がりは、両方のセンサ２３ａ１及び２３ａ２に対して同じ方向である。検出された磁界について、曲がりは共通のモード成分として作用し、共通の外部磁界Ｅに類似した出力内で相殺される。この共通モード拒絶は、シャフトがトルクの下にある時に同じように得られる。トルクがある時、矢印Ｓと直交する曲がりは、センサデバイス２３ａ１では成分ＭSを増加させ、結合された出力信号ＶTにはほとんど影響しないセンサ２３ａ２では成分ＭSを減少させる。回転中のシャフト１０の揺れに対しては、一般的にこのようになる。この前述の理由は、方向Ｓに直交する曲がりについて、図５のセンサ配置に拡張できる。
【００４３】
他の方法は、図７で参照番号２３で示したような個別のセンサの曲がりに対する感度を低下させることで適用できる。これは図８に示され、そこでは単一のセンサデバイス２３が、デバイス６２及び６４の組を備えるセンサユニット６０により置き換えられるように示されている。そのようなシャフトは、示されていないが、その軸Ａ−Ａは示されている。Ｂ−Ｂは、センサ６０の応答軸であり、軸Ａ−Ａに対して角度α＝９０°にあることが望ましい。２つのセンサデバイスは、軸Ｂ−Ｂの各側に対して角度θ傾いており、すなわち、それぞれの最大感度軸Ｂ1、Ｂ2は、角度２θでＶ字型に離れている。
【００４４】
両方のセンサデバイスに実質的に等しく影響するトルク依存の磁界成分の測定において、９０°からαだけ動く傾きがあれば、一方のデバイスにより検出される磁界は増加するが、他方により検出される磁界は減少する。もし２つのデバイスがドットの端からドットのない端に加算するように接続されていれば、その結果得られる信号は、特に９０°からαの小さな変位に対しては、単一デバイスの場合より角度の曲がり又は傾きにはるかに影響されなくなる。これは通常の場合である。変位の角度は角度θを超えないようにする。
【００４５】
力の測定
直ぐ前の説明は、変換器コイルアセンブリ及びその関係するセンサに対するシャフトの角度傾き又は曲がりがある場合におけるトルクの測定に関係していた。そのような曲がり又は傾きが生じる１つの状況は、トルクが測定されるシャフトが横方向の力を受けるならば、変換器領域の位置におけるシャフト内の曲げ運動になる。補償の測定が行われない場合、どのような軸傾き又は曲がりに対する感度も、印加される力を測定するのに使用可能である。更に、この力の測定は、トルクが伝えられるシャフトへの力の印加に限定されない。力の測定は、印加される力に起因する曲げ運動を受ける長い部材、又は印加される力に応答して回転軸の回りを回転するように回転可能に取り付けられた長い部材にも適用可能である。長い部材は、これまで説明した変換器アセンブリを有するが変形したセンサ配置も有する変換器領域を、部材内に支持又は組み込むことが可能である。
【００４６】
図９は、一方の端７２が固定され、他方の端部分７４が自由に動ける細長い部材７０を示しており、部材７０の長軸Ａ−Ａに垂直に力Ｆが印加される状態を示す。部材７０は、弾力があり、比較的に硬く、力Ｆにより印加された曲げモーメントに対して中間部分７６で曲がり、曲がりの程度は印加された力の関数である。少なくとも中間部分は、強磁性体材料で作られており、変換器アセンブリ７８のための変換器領域を提供する。変換器アセンブリ７８は、領域７６の回りの励起コイルと、変換器アセンブリのコイル軸に対する部材７０の曲げに応答するように構成されたセンサ配置とを備え、コイル軸は力Ｆが印加されない時の歪んでいない部材７０の軸Ａ−Ａに一致するように配置されている。変換器アセンブリは前述のように、特に傾き又は曲げの検出を行うように構成される。細長い部材の曲げの効果は、既に説明した角度的な傾き又は曲げの効果であり、シャフト１０はもはやトルク伝達部分ではなく、曲げ可能な細長い部材７０により置き換えられる。
【００４７】
例えば、図９のアセンブリ７８内のセンサ配置が図４に示した直径の反対側の１組のセンサデバイスを使用するならば、センサデバイス２３ａ１及び２３ａ２を回路３６に接続し、そこでデバイスの１つが例えばドットの端からドットの端に逆に接続され、接続は図９の力Ｆに起因する曲げ又は傾きＳを相殺しないが、Ｓに起因するセンサデバイスからの寄与を付加して、図９の力を表す信号ＶFを提供する。もし状況がそのようであれば、シャフト内のトルクによる干渉無しにシャフト１０の曲げ又は傾きＳを測定することが望ましく、図４のセンサデバイス２３ａ１及び２３ａ２の接続の逆転は、曲げ又は傾きに対する加算的な応答を提供するだけでなく、トルク成分ＭSを相殺する。
【００４８】
図８のコイル配置を有する図９の変換器アセンブリは、１つのセンサデバイスの接続を逆にすることにより、部材７０の力に依存する偏向を測定するのにも適用可能であり、デバイス６２及び６４は例えばドットのある端からドットのある端に接続される。これで得られる出力は傾き角度θを表す。
【００４９】
図９は、印加力Ｆに対して弾性が働き、内部の曲げモーメントが測定可能な曲げ又は傾きを生じる細長い部材の使用を示すが、等価な結果が図１０に示した変形例により達成でき、そこでは図の平面内で回転するように９２に回転可能に取り付けられたアーム９０がその自由端９４に印加され、測定される力を有する。この力は弾性手段９６により抗され、弾性手段９６はバネ又は磁力復元手段であり、それは特にアーム９０全体が強磁性材料である場合に特に有用である。印加される力Ｆがゼロであるなら、アーム９０の軸Ａ−Ａは、上記のように構成される変換器アセンブリの軸に一致するように配置され、力を表す信号ＶFを提供する。
【００５０】
上記の変換器及び変換器アセンブリの力又は曲げモーメントの測定への応用の１つの例が、図１１に示される。この図は、織機又は他の繊維機械に見られるような走行する糸のテンションを測定するためのシステムを示す。このシステムは、図９又は図１０に示された力測定変換器を使用する。
【００５１】
図１１において、糸１１０はプーリ又はローラー１１２と１１４の上の経路を移動し、プーリ又はローラー１１２と１１４の間で、経路は図９（図１０）の細長い部材７０（９０）の端の部分７４（９４）により導入されるオフセットによりＶ形にされる。細長い部材７０（９０）は、少なくとも図の平面に実質的に垂直な軸Ａ−Ａを有するように取り付けられる。端の部分７４（９４）は、その上を糸が自由に走行可能なように構成される。部分７４（９４）により糸の経路に導入される角度は、上記のように図９の変換器により測定される部分７４（９４）上に働く力Ｆになる。
【００５２】
図１２は、上記の変換器及び変換器アセンブリの実施例の変形例を示し、そこでは変換器領域が取り付けられるシャフト又は細長い部材における棒磁石の生成を妨げるようにされる。これは、特にＤＣ活性化変換器に適用されるが、ＡＣ活性化変換器内に生じる残留磁化を低減するのにも適用できる。
【００５３】
図１２は、励起コイルＬDが変換器領域１２２の回りに取り付けられたシャフト又は細長い部材１２０を示す。センサ配置は示していない。コイルＬDの各側に、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、図１２に示すように直列に接続されたコイルＬDより同時に活性化され、コイルＬDにより発生されたのと逆極性の磁界を発生する。コイルＬCL及びＬCRは、コイルＬDから十分に離れており、所望の変換器領域を既に説明した方法で発生及び検出することが可能である。
【００５４】
特に、３つのコイルのそれぞれは、図２に示したように個別の磁界を生成する。コイルＬCLを例とすると、コイルＬDに向かう磁界は、コイルＬCLに向かうコイルＬDの磁界と同じ極性である。すなわち、磁界は互いに反撥する。同じ状態が、コイルＬDとコイルＬCRの間でも起きる。コイルＬCC及びＬCRは、コイルＬDに対して測定しようとしているトルク又は力依存の磁界に逆に影響するほどは近づいていない。シャフト又は細長い部材１２０での棒磁石の形成を低減する上でのコイルＬCL及びＬCRの有効性は、コイルＬCL及びＬCRの外側に伸びる軸磁界を検出するように配置されたセンサにより判定される。この磁界は、実質的にゼロにまで低減される必要がある。実験によれば、そのような結果は、コイルＬDのアンペア回数の半分を生成できるコイルＬCL及びＬCRを有することにより達成でき、共通の電流で示した直列接続について、コイルＬCL及びＬCRはコイルＬDの巻数の半分を有することが示された。
【００５５】
変換器領域が生成されるシャフト又は細長い部材は、使用する前に消磁方法を受ける。このような方法は、公開された国際出願WO01/79801に説明されている。
【００５６】
図１３ａ及び図１３ｂは、本発明を具体化したトルク変換器の物理的な配置を示す。それは、トルクＴが印加可能な細長い軸Ａ−Ａの回りに回転可能に取り付けられたシャフトに適用される。トルクは時計回り（ＣＷ）又は反時計回り（ＣＣＷ）である。シャフトは、必ずしも連続して又はまったく回転する必要はない。シャフト２１０は、軸Ａ−Ａが中心である円断面であると仮定する。シャフト又は少なくとも変換器動作に関係するその部分は、強磁性体材料である。２つのコイル２１２及び２１４は、シャフトの回りに巻き付けられ、シャフト内に軸方向を向いた（長手方向の）磁界を生成するように活性化される。複数のコイルは離れており、その間にシャフトの変換器領域を規定する。図示した実施例では、コイルは活性化電流Ｉを受けるように直列に接続され、一般に矢印Ｍで示される領域２１６内の長手方向の磁界を協働して生成するように加算的に直列に接続される。発生された磁界を以下に説明する。磁界Ｍの方向は、電流Ｉの極性に依存する。長手方向の磁界Ｍは、変換器領域内の軸Ａ−Ａの回りで働くトルクＴにより偏向される。磁界は主としてシャフトの材料内に限定されるが、非接触センサ配置による磁界の検出の可能性を与える外部磁界成分が生じる。トルクの下での偏向は、強度及び方向がトルクの方向及び強度の関数である接線方向又は周方向に向けられた磁界を生成する。この成分は、磁界センサデバイス２１８により検出可能であり、それは、図１３ａ及び図１３ｂに示されるように、周方向に向けられた又は接線方向の成分に対して感度があるように接線方向に向けられる。共通に利用可能なセンサデバイスは、広い最大応答の軸と、その軸に直角な、特にその軸に直角な平面内にある最小軸とを有する。使用する磁界検出デバイスは、ホール効果、磁気抵抗、及びインダクタ（飽和コア）型を含む。それらは小さなユニットで利用できる。満足に使用できる１つの特定のデバイスは、WO98/52063に開示された種類の信号調整回路に接続される飽和コア型デバイスである。以下に説明するように、単一センサデバイスは、この発明を実行する時に使用され、そこでは地磁気のような干渉する磁界の操作のために従来の磁気変換器が２つ以上必要である。これは、スペース（空間）が重要である位置に変換器アセンブリを配置する助けになる。例を以下の図１９に示す。
【００５７】
変換器を更に小型にするために、図１４ａ及び図１４ｂは、センサデバイスをシャフト２１０の外形又は形状の限界内に位置させる変形例を示す。図１３ａ及び図１３ｂでは、デバイス２１８はシャフト２１０の円筒状の外形の外であるのに対して、図１４ａ及び図１４ｂでは、変換器領域２１６（コイルは図示せず）は切り込み又は窪み２１７を有し、その中にセンサデバイス２１８がシャフトの円形の輪郭線内に窪むように配置される。デバイスはシャフト内の空洞内に配置される。シャフトの外形内又は実質的にそのようであるセンサデバイス２１８の容器の変形例は、デバイスがより強い磁界内にあるようにするという付帯する利点ももたらす。
【００５８】
図１４ａの配置は、シャフト２１０が所定の角度に渡って連続して回転するか又は回転可能な場合、例えば、シャフトが固定のセンサデバイス２１８に対して前後に移動する場合、又はセンサデバイス２１８がシャフト２１０の回りをどのような角度に渡って回転する場合でも、付加的な測定を必要とする。
【００５９】
センサデバイスが固定されて保持されている場合、切り欠き又は窪み２１７は、図１４ａにおいて２１７ａで示すようにシャフトの回り全体に又は部分的に溝を形成する必要のある限り伸ばすことができる。この測定は、センサデバイスがハウジング２５０の壁に固定して取り付けられるような、図１９のトルク駆動又はアダプタユニットに適用される。この場合においては、センサデバイスを信号処理回路に接続するのはより簡単である。それにもかかわらず、センサデバイスをシャフトに取り付け、その回りを回転するようにすることが可能である。例えば、図１４ａ及び１４ｂの実施例において、図示のように窪みに取り付けられたセンサデバイス２１８は、シャフトの回りに伸び固定した接触により噛み合わされるスリップリングに接続できる。この接続は、適当な信号取り出し点までシャフト内の軸方向の空洞に沿って伸ばすことができる。センサデバイスは、切り欠き又は窪み２１８内に取り付けられた完全内包ユニット内に収めて、誘導カップリング（磁気カップリング)又は電磁放射又はリモート通信リンクが確立されるようないかなる手段によっても、分離した受信機にトルク依存信号を放射するように設計できる。
【００６０】
図１３ａに戻ると、直列に接続されたコイル２１２と２１４に活性化電流を供給する電源２２０が示されている。この発明の重要な特徴は、活性化電流の波形が、スパイク状パルスのような、低デューティの、例えば短期間の両極性パルスであることである。このような波形の適用は、例えば両極性の方形波のような基本的に１００％デューティサイクルの両極性パルス波形の使用に比べて、重要な動作的な利点になる。本発明の実行に適した活性化電流波形が図１５ａに示される。磁界パルス波形は電流波形に従って生成される。そのような電流波形は両極性の方形波を微分することにより発生できる。しかしながら、正確な波形もそれを発生する手段も、微分両極性方形波に限定されない。しかしながら、それは変換器領域２１６内に発生される交番する極性（ＡＰ）の磁界パルスの短期間のスパイク状のパルス波の特性を示すように働く。電流パルス発生源２２０は、周波数源２２１により周波数が制御されるが、もちろんこれら２つの源を単一のユニットで実現することも可能である。源２２１は、局所的な電源（メイン）周波数に関係しない周波数での周波数安定方形波源であることが望ましい。
【００６１】
図１６は、コイル２１２及び２１４が接続される駆動源２２０の簡略化した回路を示す。コイルは容量Ｃと直列に接続され、スイッチング全波ブリッジ回路２２４の１つの対角を越えて、ＤＣ電源が接続される他の対角２２６に接続される。ブリッジのそれぞれのアームにおける制御可能なスイッチＳ１−Ｓ４は、対角２２２を越えて両極性の波形を発生するように制御され、その波形は容量Ｃにより提供される微分特性受けて、直列コイル２１２、２１４内に低デューティサイクルの短い電流パルスを発生させる。スイッチＳ１−Ｓ４は、実際には、半導体装置のような適当な種類の制御可能なスイッチ装置により実現される。スイッチ装置は、図１３の源２２１から導出される所望の周波数で、スイッチング制御信号Ｂ及びＮＯＴ−Ｂを受けるための個別の制御入力を有し、スイッチ対Ｓ１及びＳ４は、交互にそしてスイッチ対Ｓ２及びＳ３と逆にオン及びオフする。
【００６２】
図１６は、（スイッチＳ２及びＳ３がオンで、スイッチＳ１及びＳ４がオフの）半サイクルの動作におけるブリッジ２３４を示す。スイッチＳ２及びＳ３は閉じており、電流Ｉは、矢印で示されるように、ブリッジ及びコイル２１２及び２１４を通して駆動される。容量Ｃは、高初期電流パルスがコイルを通過するのを可能にする。容量はＳ２との結点が正に充電される。回路パラメータは、制御信号Ｂ、ＮＯＴ−Ｂのスイッチング周期に対して短くなるように選択される。図１６ａは、Ｓ１及びＳ４が閉じ、Ｓ２及びＳ３が開放している次の半サイクルにおける、逆極性の電流パルスの発生を示す。この図から、パルスの発生は、容量の逆極性への充電を含むだけでなく、前の半サイクルに獲得した電荷の放電が先行することが分かる。
【００６３】
シャフトにおける磁気パルスの形は、対角２２２を超えて印加される電圧波形よりむしろコイルにおける電流に従う。電流波形の正確な形は、コイルのインダクタンスに依存しており、オイルは電流における突然の変化に対抗し、実質的に抵抗に対するインダクタンスの比率に依存する。電流内、特にコイルが接続された対角に位置する直列容量の使用は、２つの利点をもたらし、１つは、電流波形が図１５ａ及び１５ｂに示した容量Ｃにより主として制御されることであり、もう１つは、パルス周期（ここでは、１組の交番の極性パルスの間の間隔）に対する有効時間定数の提供であり、それは次のパルスが発生される前に最初のパルスによる電流がほぼゼロ近くまで減少するように短い。従って、コイルの中をまだ流れている大きな電流の中断に起因するスイッチングスパイクは生じない。容量回路は、例えば図１５ｂにおける等強度のＶT1及びＶT2のような対称な交番パルスを発生させるのも補助し、切り換えられた波形自体に起因するシャフト内の単極残留磁化を作る可能性も最小にする。
【００６４】
パルス電流レベルは、適切な信号出力及び信号／雑音比を提供するが、シャフト材料内に過度のレベルの残留磁化を生じないように選択される。これは、図１５ｂの所望のパルス波形を得ることと一致する。実際の電流レベル又は特にシャフト上に及ぼされる磁界のアンペア回数は、シャフトの大きさ（直径)及び特別な磁気特性を有するようにされた材料に依存する。例えば、ＦＶ２５０Ｂのような量産型の鉄鋼の１５−２０ｍｍの範囲のシャフトでは、シャフトに非常に近接して働く残留長手磁界は、約３ｍＴ（３０ガウス）を越えることはない。
【００６５】
全波ブリッジ２３４は、グランド基準に対して単一極性の単極電源又は双極性電源から両極性パルスを発生するのを可能にすることが理解される。
【００６６】
変換器の動作は、図１７ａ−１７ｃに更に示され、それは接線方向に向いた飽和コアインダクタセンサデバイス２１８’を有する変換器領域２１６を示している。これらの図において、コイル２１２及び２１４（図示せず）により発生される長手磁界Ｍは、多数の平行な矢印で示される。図１７ａ及び１７ｂは、トルクの無い状態（Ｔ＝０）で一方又は他方の極性のパルスでそれぞれ発生される磁界を示す。磁界は軸方向に向いており、デバイス２１８’により検出される接線磁界成分は無い。図１７ｃ及び１７ｄは、図１７ａ及び１７ｂに対応するが、印加されたトルクがある場合である。磁界Ｍは、印加されたトルクＴの検出に応じた方向に、トルクの強度に応じた量だけ傾けられるか又は曲げられる。その結果の接線方向の磁界成分は、センサデバイス２１８’により検出され、パルス化された出力信号ＶTが、コイルのパルスと同期して、図１５ｂに示すようにセンサ回路により発生される。出力パルスは、交番の極性で、印加トルクに応じて強度を有する。対向して検出される印加トルクについては、出力パルスの検出は同様に逆である。出力パルスはトルク無し（Ｔ＝０）の下で調整され、トルク条件（Ｔ≠０）は図１５ｂにおいて左右にそれぞれ示される。
【００６７】
個別の出力パルスの振幅は、トルクの測定値であるが、未知の及び予測不能の干渉磁界からの誤差を受ける。まずＤＣ又は単極磁界を考えると、センサ２１８’により検出され、トルク依存信号ＶTが重ねられている静止磁界の未知のレベルになる。このように、信号ＶTの単一出力パルスのピーク値の測定は、誤差になり易い。どのようなＤＣ干渉成分も相殺するように働くトルクの改良された測定は、例えばＶT1−ＶT2の逆の極性の連続した出力パルスの間のＶPPピーク・ツー・ピーク測定ＶPPを行うことにより得られる。このピーク・ツー・ピーク測定技術は、地磁気の磁界のような磁界からの干渉無しに使用される単一配置での単一センサデバイスを可能にする。従って、地磁気の磁界の相殺は、少なくとも２つのセンサデバイスを必要とする。生じる可能性のある局所的な雑音スパイクを除くための第２のステップは、印加された電流波形と同期してピーク測定を限定（ゲート）することであり、ピーク測定ゲートは各トルク信号出力パルスが期待される期間だけ開けられる。同様の問題に対する他の方法は、駆動電流波形に同期した位相感知の検出配置を行うことである。
【００６８】
図１８は、センサ出力信号ＶTの処理回路のブロック図を示す。センサデバイス２１８（２１８’）は、トルク依存出力信号ＶT（図１５ｂ）を生成する信号調整回路２３０に接続される。この出力は、（コイル駆動電流波形から導出される制御を含む）周波数源２２１により制御されるゲート回路２３２に送られる。ゲートは、駆動パルスに関係し、トルク依存出力パルスが期待される時ｔgに開く。ゲート２３２により通過されたパルスはピーク・ツー・ピーク検出器２３４に印加され、そのトルク依存のピーク・ツー・ピーク出力信号ＶPPが所望のトルク出力信号として使用され、スムージング又は他の必要な処理が行われる。
【００６９】
ゲートする技術は、ランダムな磁気雑音スパイクに対する識別を補助する。例えばブリッジ２２４などの源２２０の動作周波数の選択により、付加的な識別が局所的な電源（メイン）周波数に関係する雑音に対して得ることができる。
【００７０】
本発明の１つの特別な応用は、パワートルク工具のシャフトと締められるか又は緩められ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に対して行われる。そのようなアダプタが図１９に示される。アダプタ２４０は、パワー工具の一致キー化されている出力シャフトを受ける所定の形状の入力窪みを有する上側の円形円筒ボディ２４２を有する。ボディ２４２から下がると、直径の小さなボディ２４６になり、それは下側の端で一致するナット又はボルトヘッドと噛み合うキー２４８の形で終わる短いシャフトの形をしている。アダプタは、磁界センサデバイスを受ける若干の余裕があるハウジング２５０内に受けいれられる。多くの組立産業においては、アダプタ２４０により噛み合っているナット又はボルトに実際に働くトルクを測定できることが主たる関心事である。アダプタは、特に衝撃動作パワー工具の場合には、通常パワー工具から増加するトルクの一連の衝撃を受け、連続した衝撃の特性は、記憶された磁気に応じたシャフト２４６の領域の回りに適合し且つ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対して有害である。アダプタが受ける猛烈な衝撃を別にすれば、パワー工具と製品の間でアダプタを通して設定される干渉磁界の可能性が常に存在し、それは特にメイン電源に関係する一般的な雑音環境として作用する。
【００７１】
本発明は、上記の内容をシャフトボディ２４６のトルクを測定するのに適用することにより、そのような悪い環境において有益に使用されると考えられる。更に、本発明を具体化した変換器アセンブリは、限られた空間で利用可能なように組み立てることができる。コイルは、シャフト２４６の回りのシャフトの外部の少しだけでの空間があればよい。センサ配置は、１つのセンサデバイスのみを必要とし、それは図１３ｂの配置を適用することによりシャフトの外形内に配置される。
【００７２】
単一の接線方向に向いたセンサデバイスと動作する機能は、環境が保証される場合、複数のそのようなセンサデバイスの適用を除外しない。付加的に配置及び接続される１組のセンサデバイスを使用することによりどのような「ＤＣ」磁界も相殺することにおいては、測定されるトルクについては有益であるが、相殺される干渉磁界については逆である。このようなセンサ配置は、上記で言及された従来技術内で議論された。
【００７３】
本発明の変換器アセンブリを、図１３から図１９に示したように、１組のコイルの間で規定した変換器要素を参照しながら説明した。図１から図１２を参照して上記に説明したように、接線方向又は周方向に向いたトルク依存磁界成分は、単一コイルで得られる。図２０は、こ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’は、単一コイル２１２’の位置により規定される。コイルの活性化（Ｉ）は、シャフトの回りに環状に伸びる付属する外部長手磁界２１７を有する領域２１６’内の軸方向の磁界を生成する。シャフトがトルクを受ける時、接線方向又は周方向に向いた成分が生じ、それは接線方向に向いたセンサ２１８’’により検出可能である。センサは、この場合コイルにより発生される磁界内に入るようにコイルに非常に近接して取り付けられる。それは、図１４ａ及び図１４ｂに示すように、シャフトの外形内に収容される。
【００７４】
図１から図１２を参照してより詳しく説明したように、図２０の変換器アセンブリは、矢印ＦＦにより破線で示されるようなシャフト又は他の細長い部材の軸を傾けるか又は曲げるように作用する力の印加に起因するコイルの軸に対するシャフトの軸Ａ−Ａの傾き又は曲げの測定に適用することもできる。
【００７５】
図２０は、第２の軸方向に向いたセンサデバイス又はデバイス２１９を、長手方向の磁化の外部の軸方向に向いた成分を検出するために使用することの可能性も示す。この特徴は、前に説明した２つのコイルの実施例でも採用できる。このようなセンサデバイスは、コイル又は複数のコイルにより発生された磁界の強度を表す基準信号を提供するのに使用できる。望ましいピーク・ツー・ピーク信号は、基準レベルに対して測定又は較正できる。基準レベルは、変換器の伝達関数の利得ファクターを制御するのに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、変換器アセンブリが取り付けられるシャフトを概略的に示す。
【図２】図２は、図１のアセンブリの励起されたコイルにより発生される検出可能な外部磁界を示す。
【図３ａ】図３ａは、コイルのそれぞれの側にセンサデバイスを有するシャフトに取り付けられた単一変換器アセンブリを備える変換器の斜視図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、基準センサデバイスを付加した図３ａ変換器の概略図である。
【図４】図４は、余分な磁界を相殺するように配置された２つの誘導型センサデバイス（飽和型コアセンサ）を有するセンサ配置を示す。
【図５】図５は、余分な磁界を相殺する４つのセンサのセンサ配置を示す。
【図６】図６は、ＡＣ活性化された変換器システムを概略的に示す。
【図７】図７は、変換器アセンブリに対するシャフトの移動に関して考慮される要因を示す。
【図８】図８は、変換器領域の軸に対する変換器アセンブリの軸曲がり又は傾きに対する感度を低減するための１つのセンサ配置を示す。
【図９】図９は、傾き又は曲げに対する感度を利用することにより、力の測定において変換器を使用する１つの実施例を示す。
【図１０】図１０は、力の測定の第２実施例を示す。
【図１１】図１１は、走行する糸又は他の類似の長い形状で移動する柔軟なものの張力測定において、図９又は図１０の力の測定の実施例の適用を示す。
【図１２】図１２は、変換器領域において残留磁化を確立する可能性を低減するためのコイルを更に有する変換器アセンブリの変形例を示す。
【図１３ａ】図１３ａは、シャフトに適用する本発明を具体化する場合の変換器要素とセンサデバイスの変換器アセンブリの斜視図を示す。
【図１３ｂ】図１３ｂは、図１３ａのシャフト及び変換器アセンブリの端の図を示す。
【図１４ａ】図１４ａは、シャフトの形状内にセンサデバイスを収容するようにしたシャフトの変形例の斜視図を示す。
【図１４ｂ】図１４ｂは、シャフトの形状内にセンサデバイスを収容するようにしたシャフトの変形例の端の図を示す。
【図１５ａ】図１５ａは、変換器アセンブリのコイルの両極性のパルス駆動電流波形を示す。
【図１５ｂ】図１５ｂは、センサデバイスにより検出されるトルク依存の磁界成分を表す出力波形を示す。
【図１６】図１６は、変換器を活性化するコイルが接続される駆動回路を示し、動作の半サイクルにおける回路を示す。
【図１６ａ】図１６ａは、次の半サイクルにおける駆動回路を示す。
【図１７ａ】図１７ａは、トルク無しとトルク有りのそれぞれの条件での連続した半サイクルにおけるシャフトの変換器領域における磁界を示す。
【図１７ｂ】図１７ｂは、トルク無しとトルク有りのそれぞれの条件での連続した半サイクルにおけるシャフトの変換器領域における磁界を示す。
【図１７ｃ】図１７ｃは、トルク無しとトルク有りのそれぞれの条件での連続した半サイクルにおけるシャフトの変換器領域における磁界を示す。
【図１８】図１８は、センサデバイス信号の信号処理回路のブロック図である。
【図１９】図１９は、トルクレンチアダプタにおける本発明の適用を示す。
【図２０】図２０は、単一活性化コイルを使用する本発明の変換器アセンブリの変形例を示す。
【図１】
2005517947.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１６ａ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月26日(2004.10.26)
【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】
例えば、シャフトの部分におけるトルクを測定する方法であって、前記部分の軸の回りのトルクが印加される軸の回りに巻かれたコイルが、トルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成するようにＡＣ活性化され、磁界センサ配置が前記放射された成分に応答してトルクを示す信号を生成し、
前記コイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列により活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番のセンサパルスを生成し、そして
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項２】
前記活性化パルスは、例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を微分することにより発生される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スイッチング波形は、容量を通して前記コイルに印加される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記活性化パルス列は、スイッチングブリッジ回路により発生され、前記スイッチングブリッジ回路の入力対角にＤＣ入力が印加され、前記スイッチングブリッジ回路の出力対角に前記コイルが前記ブリッジ回路のスイッチングに起因するＡＣ波形を受けるように接続される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コイルが活性化される前記回路の経路は、直列容量を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記直列容量は、前記出力対角に接続される前記コイルと直列に接続されている請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記コイルは、第１及び第２の軸方向に離れたコイルを備え、前記部分の変換器領域が前記第１と第２のコイルの間に規定される請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１と第２のコイルは、直列に接続され、前記変換器領域内の軸方向を向いた磁界を付加的に生成する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分を検出するように向けられたセンサデバイスを備える請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分の検出のために、単一の位置で作用する単一センサデバイスを備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の外に配置されたセンサデバイスを備える請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の実質的に内部に配置されるように、前記部分の切り欠き、窪み又は空洞内に配置されたセンサデバイスを備える請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ配置は、単一の位置で動作し、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分を検出するように向けられた単一センサデバイスを備える請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シャフトは、長手軸の回りにトルクが印加されるように取り付けられ、前記シャフトの少なくとも１つの領域は、強磁性体材料であり、
前記コイルは、前記領域の回りに取り付けられ、前記領域内に軸方向を向いた磁化を生じるように活性化され、
前記センサ配置は、前記コイル及び前記領域に近接して取り付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスは前記領域の磁界の接線方向（周方向）の成分を検出するように向けられている請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
例えば、シャフトの部分においてその回りに印加されるトルクを測定する装置であって、
前記部分の軸の回りに巻かれたコイルと、
前記コイルを交流で活性化して、前記部分内のトルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成する活性化手段と、
前記放射された成分に応答してトルクを示す信号を生成する磁界センサ配置を含む処理手段とを備え、
前記活性化手段は、前記コイル内に、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列を発生するように動作し、
前記センサ配置は、前記電流パルス列に対応する、交番の極性のトルク依存信号パルス列を提供するように動作し、
前記信号処理手段は、前記信号パルス列に応答して、前記信号パルス列のピーク・ツー・ピークの値に依存するトルクを表す出力信号を生成する装置。
【請求項１６】
前記活性化手段は、ＤＣ電源から例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を発生する手段と、前記少なくとも１つのコイルに印加するために前記波形を微分する手段とを備える請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記微分手段は、前記コイルが活性化される回路経路に直列な容量を備える請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記スイッチング波形を発生する手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って接続される請求項１５、１６又は１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記活性化手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って容量と直列に接続される請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記コイルは、前記部分の変換器領域が規定される間に第１及び第２の軸方向に離れたコイルを備える請求項１５から１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２のコイルは、直列に接続され、前記変換器領域内の軸方向を向いた磁界を付加的に生成する請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分を検出するように向けられたセンサデバイスを備える請求項１５から２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記センサ配置は、磁界の接線方向又は周方向を向いた成分の検出のために、単一の位置で作用する単一センサデバイスを備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の外に配置されたセンサデバイスを備える請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記センサ配置は、前記部分のボディ形状の実質的に内部に配置されるように、前記部分の切り欠き、窪み又は空洞内に配置されたセンサデバイスを備える請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記センサ配置は、単一の位置で動作し、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分を検出するように向けられた単一センサデバイスを備える請求項２４又は２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記コイルは単一のコイルを備え、前記センサ配置は、前記単一コイルの一方の端に近接して配置され、前記磁界の接線方向又は周方向に向いた成分に応答するように配置される請求項１に記載の方法又は請求項１５に記載の装置。
【請求項２８】
前記シャフトは、長手軸の回りにトルクが印加されるように取り付けられ、前記シャフトの少なくとも１つの領域は、強磁性体材料であり、
前記コイルは、前記領域の回りに取り付けられ、前記領域内に軸方向を向いた磁化を生じるように活性化され、
前記センサ配置は、前記コイル及び前記領域に近接して取り付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスは前記領域の磁界の接線方向（周方向）の成分を検出するように向けられている請求項１５に記載の装置。
【請求項２９】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項１５に記載の装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのコイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項１５に記載の装置。
【請求項３１】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に備え、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
シャフト又は他の部分（合わせて「シャフト」と称する）におけるトルクを、
長手軸の回りのトルクの印加のために取り付けられたシャフトであって、前記シャフトの少なくとも１領域は強磁性体材料であるシャフトと、
前記領域の回りに巻かれ、前記領域内で軸方向の磁化を呈するように活性化可能なコイルと、
前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える変換器手段により、
測定する方法であって、
前記コイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列で活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番の極性のセンサパルスを生成し、
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項３４】
細長い部材に印加される力を、
前記細長い部材をその長手軸の回りに角度的に傾けるか又は曲げる力の印加を受けるように取り付けられ、前記傾き又は曲げが起きる部分に少なくとも強磁性体材料の領域を有する細長い部材と、
前記領域の回りに取り付けられ、前記領域内に軸方向に向いた磁化を呈するように活性化可能なコイルと、
前記コイル及び前記領域に隣接して巻き付けられた少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスが前記領域の外部の磁界の接線方向（周方向）を向いた成分を検出するように向けられているセンサ配置とを備える変換器手段により、
測定する方法であって、
前記コイルは、交番の極性で、相対的に小さいデューティサイクルを有する活性化電流パルス列で活性化され、
前記センサ配置は、前記活性化パルスに対応する交番の極性のセンサパルスを生成し、
前記センサパルスは、ピーク・ツー・ピークの形で測定されて、トルクを表す出力信号を生成する方法。
【請求項３５】
前記コイル及び前記少なくとも１つのセンサデバイスは、単一の変換器アセンブリ内に較正される請求項３３又は３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記活性化パルスは、例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を微分することにより発生される請求項３３、３４又は３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記スイッチング波形は、容量を通して前記コイルに印加される請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記活性化パルス列は、スイッチングブリッジ回路により発生され、前記スイッチングブリッジ回路の入力対角にＤＣ入力が印加され、前記スイッチングブリッジ回路の出力対角に前記コイルが前記ブリッジ回路のスイッチングに起因するＡＣ波形を受けるように接続される請求項３３、３４又は３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記コイルが活性化される前記回路の経路は、直列容量を有する請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記直列容量は、前記出力対角に接続される前記コイルと直列に接続されている請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項１、３３又は３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記コイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項１、３３又は３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に配置し、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
軸の回りに巻かれ、軸の空洞を有し、前記空洞内で受けることが可能なシャフト又は他の細長い部材の強磁性体の部分に軸方向に向いた磁界を生成するように活性化されるコイルと、
前記コイルを交流で活性化して、前記部分内のトルク依存の成分を放射する交番の極性の磁界を前記部分に生成し、相対的に小さなデューティサイクルを有する交番の極性の電流パルス列を前記コイル内に発生する活性化手段と、
前記空洞内で受けた強磁性体材料の部分に関係する磁界成分を検出するように、前記コイルの端及び前記空洞に隣接して配置された少なくとも１つのセンサデバイスを備え、前記センサデバイスは、前記軸に対して接線（周）方向の磁界成分を検出するように向けられており、前記電流パルス列に対応した交番の極性のトルク依存信号パルス列を提供するように動作するセンサ配置と、
前記信号パルス列に応答して、前記信号パルス列のピーク・ツー・ピークの値に依存するトルクを表す出力信号を生成する信号処理手段とを備える変換器アセンブリ。
【請求項４６】
前記活性化手段は、ＤＣ電源から例えば長方形（正方形を含む）の波形のようなスイッチング波形を発生する手段と、前記コイルに印加するために前記波形を微分する手段とを備える請求項４５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４７】
前記微分手段は、前記コイルが活性化される回路経路に直列な容量を備える請求項４６に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４８】
前記スイッチング波形を発生する手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って接続される請求項４５、４６又は４７のいずれか１項に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４９】
前記活性化手段は、各アームに制御スイッチを有する全波ブリッジ回路を備え、前記コイルは、活性化電流源が接続可能な他の対角を横切る前記ブリッジ回路の１つの対角を横切って容量と直列に接続される請求項４５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５０】
前記コイル及び前記少なくとも１つのセンサは、単一アセンブリである請求項４５から４９のいずれか１項に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５１】
前記センサ配置は、それぞれが磁界の検出の最大感度の軸を有する第１及び第２のセンサデバイスを備え、前記第１及び第２のセンサデバイスは、それらの最大感度軸が互いにある角度を有して、当該角度内に組み合わせた応答軸が存在し、好ましくは前記応答軸が当該角度を２等分するように配置される請求項４５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５２】
前記コイルは、そのそれぞれの側に対して軸方向に配置され、前記変換器領域の回りの前記コイルの磁界の逆極性の磁界を生成するように活性化されるように接続されるそれぞれ別のコイルを有する請求項４５に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５３】
前記最初に言及したコイルと同軸の軸の回りにそれぞれ巻かれた第１及び第２の別のコイルを更に備え、前記最初に言及したコイルと共通の軸に沿って、前記第１及び第２の別のコイルの間に離れて配置された軸方向の空洞を有し、３個すべてのコイルを通って伸びるシャフト又は他の細長い部材の強磁性体部分を前記空洞で受ける請求項５２に記載の変換器アセンブリ。
【請求項５４】
３個すべてのコイルは直列に接続され、前記第１及び第２の別のコイルは、前記最初に言及したコイルにより発生される磁界と逆極性の磁界を発生するように活性化される請求項５３に記載の変換器アセンブリ。
【国際調査報告】
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