(57)【要約】磁化可能な物体（１００）を磁化するための方法において、本方法は、第一消磁信号（１３００）を磁化可能な物体に印加して磁化可能な物体を消磁するステップであって、第一消磁信号が第一周波数及び第一振幅を有する交流電気信号とされるステップと、磁化信号（１４００）を消磁された磁化可能な物体に印加して、磁化可能な物体を磁化させるステップと、第二消磁信号（１５００）を磁化された磁化可能な物体に印加して、磁化された磁化可能な物体を部分的に消磁するステップであって、第二消磁信号が第二周波数及び第二振幅を有する交流電気信号とされるステップと、を有する。【選択図】図７９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化可能な物体を磁化させるための方法において、
第一消磁信号を磁化可能な物体に印加して磁化可能な物体を消磁するステップであって、前記第一消磁信号が第一周波数及び第一振幅を有する交流電気信号とされるステップと、
磁化信号を消磁された前記磁化可能な物体に印加して、前記磁化可能な物体を磁化させるステップと、
第二消磁信号を磁化した前記磁化可能な物体に印加して、磁化した前記磁化可能な物体を部分的に消磁するステップであって、前記第二消磁信号が第二周波数及び第二振幅を有する交流電気信号とされるステップと、を有する方法。
【請求項２】
前記第一消磁信号、前記磁化信号、及び前記第二消磁信号のうち少なくとも１つを前記磁化可能な物体に対して直接印加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一消磁信号、前記磁化信号、及び前記第二消磁信号のうち少なくとも１つが前記磁化可能な物体内に注入される電流である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一周波数が前記第二周波数よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第一振幅が前記第二振幅よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第一周波数が５０Ｈｚ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第二周波数が１００Ｈｚ以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第一振幅が２０Ａ以上である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第二振幅が１０Ａ以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二消磁信号は寄生効果を抑制するように選択される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二消磁信号は表面磁化のみを選択的に前記磁化可能な物体から除去するように選択される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一消磁信号及び／又は前記第二消磁信号による交流電気信号は、正弦波信号、余弦波信号、三角波信号、鋸歯状波信号、パルス信号、及び矩形波信号より成る群から選択される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二消磁信号を印加した後における、前記磁化可能な物体の磁化の調整を、
１つ以上の消磁素子を磁化した物体の近傍に配置し、
前記物体において消磁された部分を前記物体において磁化された残余部分の直ぐ近傍に形成することで前記磁化可能な物体の磁化を調整するために、前記消磁素子を働かせて前記磁化した物体の一部を消磁する、ことによって行うステップをさらに有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
１つ以上の前記消磁素子のうちの少なくとも１つが消磁コイルである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記消磁コイルが前記磁化した物体において消磁される部分の周囲に配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
１つ以上の前記消磁素子のうちの少なくとも１つが電磁石である、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
１つ以上の前記消磁素子が時間的に変化する信号を印加することにより働く、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法
【請求項１８】
１つ以上の前記消磁素子が交流電流又は交流電圧を印加することにより働く、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の方法
【請求項１９】
前記交流電流又は前記交流電圧がほぼ５０Ｈｚ未満の周波数で交番する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記交流電流又は前記交流電圧が５Ｈｚ未満の周波数で交番する、請求項１８又は請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
１つ以上の前記消磁素子のうちの少なくとも１つが永久磁石である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記永久磁石は、前記物体の近傍において前記永久磁石を時間的に変化させる方法で移動させることにより働く、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記磁化可能な物体を磁化させるために磁化信号を印加する際に、磁化される前記物体の周囲に配置される磁化コイルを働かせることを含む、請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記磁化コイルは直流電流又は直流電圧を印加することで働く、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記磁化可能な物体を磁化させるために磁化信号を印加する際に、２つ以上の電流パルスを前記物体に印加することで、前記物体の表面に対して基本的に垂直な方向において磁場構造を生成し、第一の方向に第一磁気流が存在し、第二の方向に第二磁気流が存在するとともに、前記第一の方向が前記第二の方向と反対になるようにしたことを含む、請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
時間対電流図において、前記２つ以上の電流パルスの各々が、基本的に垂直な速い立ち上がりエッジを有するとともに遅い立ち下がりエッジを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記物体としてシャフトが設けられる、請求項１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記シャフトは、エンジンシャフト、往復可能な作業シリンダ、プッシュプルロッドより成る群のうちの１つである、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
１つ以上の前記消磁素子のうち１つだけが１度に働く、請求項１３から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
２つ以上の消磁素子が１度に働く、請求項１３から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一消磁信号は、前記磁化可能な物体の全体を消磁するように、前記磁化可能な物体に印加される、請求項１から３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一消磁信号が、減衰する交流電気信号である、請求項１から３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記第二消磁信号が、減衰する交流電気信号である、請求項１から３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
磁化可能な物体を磁化させるためのアレイ装置であって、該アレイ装置が電気信号源を備え、該電気信号源が、
第一周波数及び第一振幅を有する交流電気信号である第一消磁信号を、前記磁化可能な物体に印加して前記磁化可能な物体を消磁し、
消磁された前記磁化可能な物体に磁化信号を印加して、前記磁化可能な物体を磁化させ、
第二周波数及び第二振幅をもつ交流電気信号である第二消磁信号を、磁化した前記磁化可能な物体に印加して、磁化した前記磁化可能な物体を部分的に消磁するように構成されたアレイ装置。
【請求項３５】
前記電気信号源を前記磁化可能な物体と電気的に接続するように構成した電気接続素子をさらに備える、請求項３４に記載のアレイ装置。
【請求項３６】
前記磁化可能な物体を包囲し又は前記磁化可能な物体によって囲まれるように構成した導電体をさらに備える、請求項３４又は３５に記載のアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化可能な対象物を磁化するための方法及びアレイ装置に関する。
【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、力又は位置を決定できる（磁気コイルのような）磁場検出器に特徴的な信号を発生する。
【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おり、磁気的なエンコード領域を有することが重要であり、該領域は、空間的に正確に規定されるシャフト部分に沿って延びている。しかし、シャフトの一部が長手方向に磁化される際に、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットに記載するように、シャフトにおいて磁化されない部分と磁化された部分との間の境界領域が明確な磁気特性をもたないことが起きる虞がある。換言すれば、磁化については、磁化されない部分の磁化と、磁化された部分の磁化との間の中間的な値をもつ境界領域で得られる場合がある。そのような明確でない領域は、トルクセンサー又は位置センサーの検出感度を劣化させるが、これは当該領域が磁場検出器によって取得される検出信号に影響を与えるからである。
【０００４】
更に、センサーが擾乱の影響及び不均一性を回避するように磁化されることが、磁気センサーにとって重要である。磁化されたシャフトがセンサー、例えばトルクセンサー又は位置センサーとして使用される場合に、検出信号が、作為のために円柱シャフトの周りで円周方向の周回曲線に沿って変化することが起こり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は磁化可能な物体の磁化を精確に規定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、独立請求項に係る、磁化可能な物体を磁化するための方法及びアレイ装置を提示することによって達成できる。
【０００７】
本発明の典型的な実施形態によると、磁化可能な物体を磁化するための方法が提供され、本方法は、第一消磁信号を磁化可能な物体に印加して磁化可能な物体を消磁するステップであって、前記第一消磁信号が第一周波数及び第一振幅を有する交流電気信号とされるステップと、磁化信号を消磁された磁化可能な物体に印加して、磁化可能な物体を磁化させるステップと、第二消磁信号を磁化された磁化可能な物体に印加して、磁化された磁化可能な物体を部分的に消磁するステップであって、前記第二消磁信号が第二周波数及び第二振幅を有する交流電気信号とされるステップと、を有する。
【０００８】
本発明の別の典型的な実施形態によると、磁化可能な物体を磁化するためのアレイ装置を提供し、このアレイ装置は電気信号源を備える。該電気信号源は、第一周波数及び第一振幅をもつ交流電気信号である第一消磁信号を、前記磁化可能な物体に印加して磁化可能な物体を消磁し、磁化信号を消磁された磁化可能な物体に印加して前記磁化可能な物体を磁化させ、第二周波数及び第二振幅をもつ交流電気信号である第二消磁信号を、磁化された前記磁化可能な物体に印加して、磁化された前記磁化可能な物体を部分的に消磁するように構成できる。
【０００９】
本発明の典型的な実施形態によると、磁化可能な物体の磁化を調整するための方法を提供する。本方法は、物体の少なくとも一部に沿って延びる磁化された部分を有する物体を提供するステップと、１つ以上の消磁素子を磁化された部分の近傍に配置するステップと、前記物体において消磁された部分を、該物体において磁化された残余部分の直ぐ近傍に形成することで前記磁化可能な物体の磁化を調整するために、前記消磁素子を働かせて前記磁化された部分の一部を消磁するステップを有する。
【００１０】
更に、磁化可能な物体の磁化を調整するためのアレイ装置を、本発明の典型的な実施形態に従って提供し、本装置は、物体の少なくとも一部に沿って延びる磁化された部分を有する当該物体と、磁化された部分の近傍に配置される１つ以上の消磁素子を備えており、この１つ以上の消磁素子については、前記物体において消磁された部分を、該物体において磁化された残余部分の直ぐ近傍に形成することで前記磁化可能な物体の磁化を調整するために、前記磁化された部分の一部を消磁するように働く構成とされる。
【００１１】
更に、本発明の典型的な実施形態によると、本発明は、少なくとも１つの駆動可能な消磁素子の使用法を教示し、該消磁素子は、前記物体において消磁された部分を該物体において磁化された残余部分の直ぐ近傍に形成することで磁化可能な物体の磁化を調整するために、磁化された部分の一部を消磁する。
【００１２】
本発明による、ある思想では、労力をあまりかけずに実現できる有利な磁化法がもたらされることが分かる。この磁化法によれば、一連の異なる信号が磁化可能な物体に印加され、規定の方法で寄生効果を防止するように当該物体の磁化が行われる。
【００１３】
この磁化法によると、これら一連の信号が磁化可能な物体に対して（例えば、オーミック接続によって）直接的に印加されることで、非常に簡単な磁化法が与えられ、その際、コイル等を複雑に調整し、また配置することを要しない。この方法によれば、物体における如何なる残留磁化についても、第一消磁信号、つまり低周波数の大電流を印加することにより実現される信号を用いることで、最初の時点で消去することができる。
【００１４】
次いで、物体は、対応する磁化信号を印加して磁化することができる。この方法ステップを実現するのに複数の適切な時点がある。例えば、コイルをシャフトの周囲に配置し、該コイルを通じて大電流を流し、コイルでとり囲まれたシャフトを磁化させることができる。あるいは１つ以上の電流パルスをシャフトに直接印加して該シャフトを磁化させる。
【００１５】
その後、第二消磁信号を印加することができ、該信号は交流電気信号であって、第一消磁信号に比して周波数が高く、振幅が小さい。この第二消磁信号により、表面磁化の寄与が除去され、その結果、寄生効果を抑えることができる。寄生効果は特に、表面磁化に起因する効果を表し、磁化された物体を磁気センサーとして使用する場合に、シャフトの伸張方向に垂直な断面においてシャフト周囲での信号の不均一性をもたらす。
【００１６】
また、所謂ＰＣＭＥ技術を実施し、磁化信号をシャフトに直接印加することができるので（消磁信号もまた同様）、３つの連続的な電気信号を用いた非常に簡単な方法がもたらされ、これにより、磁化可能な物体について精確に規定された磁化特性を得ることができる。
【００１７】
留意すべきは、この方法の後に消磁ステップが更に続くことであり、該ステップでは、再定義された磁化特性を更に有するように、磁化された部分の境界線領域が選択的に消磁される。
【００１８】
本発明の別の思想では、磁化された物体（例えば、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットによる処方で磁化される）が後処理を受け、ここで磁化可能な物体において磁化された領域と磁化されていない領域との間の正確に定義可能な境界領域が確実に消磁されて、磁化におけるステップ状の空間的な依存関係が得られ、これにより磁化領域を、非磁化領域から分離できることが分かる。このために、コイル等の消磁素子が、消磁する部分を規定するために磁化部分の近傍に配置され、消磁素子を駆動させることによって消磁が行われ、明確に規定された消磁部分、つまり残りの磁化部分に対して直かに近接して位置する部分が形成される。こうして、本発明により、物体の長手方向に沿った磁化分布についての詳細な調整が可能となる。そして物体の伸張方向に沿った磁気分布の漸進的な移行はとり除かれて、ステップ状の磁化分布に置換される。このように磁化特性は微調整され、位置センサー又はトルクセンサーへの特別な要請に合わせて調整することができ、各々のセンサーの検出感度を高めることができる。
【００１９】
本発明は、消磁素子、例えば、磁気コイルの使用法を導入し、この磁気コイルは物体（例えば、磁化可能な鋼鉄等で形成した、磁化可能なシャフト）に沿って嵌めることができる。磁気コイルは、消磁されることになる物体の一部分だけがコイル開口内に位置するように、事前に磁化された物体におけるそのような位置に嵌挿される。そして、駆動電流がコイルに印加され、消磁対象である部分の要素磁石が少なくとも部分的に不規則な配置となる方向性、時間依存性、強さをもつ。コイル内に位置する物体の一部は、該コイル外の部分から適切に分離できるので、消磁される部分及び磁化した残余部分についての空間的な配置を高精度で区分することができる。
【００２０】
消磁する部分を、消磁要素としての磁気コイルでとり囲むことにより、部分的に磁化された物体の一部を消磁するという本発明の思想については、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットに開示した長手方向に磁化されたシャフトに適用することができ、また、これに代わって、所謂ＰＣＭＥ技術（“Ｐｕｌｓｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ”）によって事前に磁化された物体に適用できる。このＰＣＭＥ技術については後で詳述するが、パルス電流をシャフトに与えることで物体の内部において、内側の磁化領域を生成することができ、この領域は外側の磁化領域によって包囲され、両領域の磁化方向が互いに反対である。
【００２１】
このような磁化構造は、パルス電流を、物体の一例としてのシャフトにおける予め決められた部分に対して直接印加することによって実現できる。有効に使用されるエンコード部分は、シャフト上での位置によって規定され、この位置で周方向の磁場形成用の電流が印加される。そのようなエンコード領域の微調整は本発明の方法を用いて実現され、磁化が大きな値からゼロへと漸進的に減少する磁化領域の境界については、ほぼステップ状の磁化分布へと変わり、これは消磁信号を消磁素子に印加することで行われる。
【００２２】
従属請求項を参照して、本発明の実施形態を更に説明する。
【００２３】
以下に、本発明による磁化可能な物体を磁化するための方法について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、磁化可能な物体を磁化するためのアレイ装置や、磁化可能な物体の磁化を調整するための方法及びアレイ装置、そして物体において磁化された部分の一部を消磁するために駆動可能な１つ以上の消磁素子の使用法に適用される。
【００２４】
第一消磁信号、磁化信号、及び第二消磁信号のうちの少なくとも１つは磁化可能な物体に対して直接印加される。特に、２つの消磁信号は、予め決められた周波数及び振幅をもつ電流を、磁化可能なシャフトを通して流すことにより簡単に実現できる。
【００２５】
第一消磁信号、磁化信号、及び第二消磁信号のうちの少なくとも１つは磁化可能な物体内に注入される電流である。このために、電気的なコンタクト部を磁化可能な物体に取り付けることができ、物体に注入した電流が流れるべき領域を規定する。このことは、例えば、円柱状物体の端面に取り付けるプレート状コンタクト部によって行われ、又は円柱状物体に対してその周囲に取り付けるリング状コンタクト部によって行われるか、あるいは、多数の歯状コンタクト部を周囲に配置することによって行える。
【００２６】
第一周波数は第二周波数よりも小さくできる。換言すれば、第一消磁信号を低周波数信号とし、第二消磁信号をより高い周波数にすることができる。
【００２７】
更に、第一振幅を第二振幅よりも大きくできる。このように第一消磁信号は第二消磁信号よりも更に大きな電流値をもつことができるが、これは、第二消磁信号が単に、磁化可能な物体の表面部分を選択的に消磁するために供給されるからである。本方法によれば、所謂表皮効果が有利に使用される。
【００２８】
特に、第一周波数は５０Ｈｚ以下にできる。例えば、直径５０ｍｍのシャフトでは、第一周波数が１Ｈｚと２Ｈｚとの間の範囲とされる。また直径２５ｍｍのシャフトの場合、周波数は例えば、１０Ｈｚとされる。例えば、直径５ｍｍのシャフトの場合、第一周波数は５０Ｈｚとされる。直径２０ｍｍのシャフトの場合、周波数が３０Ｈｚと５０Ｈｚの間の範囲とされる。一般に、第一周波数の範囲は１Ｈｚと５０Ｈｚの間であり、電流値は電圧３０Ｖにおいて３０Ａから５０Ａとされる。
【００２９】
第二周波数は１００Ｈｚ以上にできる。例えば、直径１０ｍｍのシャフトは、１００Ｈｚ以上の第二周波数によって消磁できる。シャフト直径が５ｍｍの場合、周波数を３００Ｈｚ以上にすることができる。
【００３０】
第一振幅については２０Ａ以上にできる。第二振幅は１０Ａ以下にできる。特に、第一振幅を３０Ａと５０Ａとの間の範囲とすることができる。また第二振幅は５Ａと１０Ａとの間の範囲とすることができる。
【００３１】
第二消磁信号は寄生効果を抑制するように選択できる。換言すれば、表面磁化の寄与が第二消磁ステップによって消失し、該ステップは磁化された物体の信号についての円周方向における高い対称性をもたらし、該信号は、磁化された物体をセンサー、例えば、トルクセンサー、位置センサー、曲げ力センサー等として用いる場合に測定できる。
【００３２】
第二消磁信号は、表面磁化を磁化可能な物体から除去するように選択される。換言すれば、磁化の表面寄与は選択的に消去することができる。
【００３３】
第一消磁信号及び／又は第二消磁信号による交流電気信号は、正弦波信号、余弦波信号、三角波信号、鋸歯状波信号、パルス信号、及び矩形波信号より成る群から選択できる。正弦波信号が良い解決策とされ、これは手間をかけずに実現できるからである。しかし、他の信号波形も可能である。
【００３４】
更に、本発明による方法は、第二消磁信号を印加した後で、磁化可能な物体の磁化の調整について、１つ以上の消磁素子を磁化された物体の近傍に配置させてから、物体において消磁された部分を、物体において磁化された残余部分の直ぐ近傍に形成することで磁化可能な物体の磁化を調整するために、消磁素子を働かせて磁化された物体の一部を消磁することで行う。このように、シャフトの表面領域における磁化を規定した後に、磁化が更に横方向において規定されることで、磁化可能なシャフトが正確に規定された磁化をもって与えられる。これによって、磁化されたシャフトを、磁気測定原理に従って高感度のセンサーとして用いることができる。
【００３５】
消磁素子としては、消磁コイルを用いることができ、これは磁化された物体において消磁対象となる部分の周囲に配置できる。あるいは、この消磁素子を電磁石として実現することができる。
【００３６】
両者の場合において、消磁素子は時間的に変化する信号を印加することにより駆動できる。この信号は交流電流又は交流電圧とされ、磁化領域の境界部における磁場の寄与を選択的に打消す。これによって、磁化部分の寸法を所望の範囲に制限できる。
【００３７】
この交流電流又は交流電圧はほぼ５０Ｈｚ未満の周波数で交番する。更に好ましくは、交流電流又は交流電圧が５Ｈｚ未満の周波数で交番する。
【００３８】
これに代わって、消磁素子は永久磁石として実現でき、これは物体の近傍において永久磁石を時間的に変化させる方法で動かして働かせることができる。
【００３９】
本発明の別の実施形態によると、磁化可能な物体を磁化させるために磁化信号を印加する際に、磁化される物体の周囲に配置した磁化コイルを働かせることを含む。この磁化方法は、例えば、国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットに開示した技術に関連する。
【００４０】
磁化コイルの駆動は直流電流又は直流電圧を印加することで行える。
【００４１】
あるいは、磁化可能な物体を磁化させるために磁化信号を印加する際には、２つ以上の電流パルスを物体に印加することで、物体の表面に対して基本的に垂直な方向において磁場構造を生成し、第一の方向に第一磁気流が存在し、第二の方向に第二磁気流が存在するとともに、第一の方向が第二の方向と反対となるようにする。
【００４２】
この所謂ＰＣＭＥ技術（「Ｐｕｌｓｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ」技術）は、特に図１乃至図６７に示す適用において用いられ、説明される。ＰＣＭＥ技術によれば、物体の磁化部分は、２つの電流パルスを物体に印加することで形成され、これにより、物体の表面に対して基本的に垂直な方向において磁場構造が生成されて、第一の方向に第一磁気流が存在し、第二の方向に第二磁気流が存在することになる。この２つの方向は互いに反対である。時間対電流図において、２つ以上の電流パルスの各々は、基本的に垂直な速い立ち上がりエッジを有するとともに遅い立ち下がりエッジを有する（例えば、図８１参照）。
【００４３】
物体はシャフトとすることができ、特にエンジンシャフト、往復可能な作業シリンダ、プッシュプルロッドより成る群のうちの１つとされる。
【００４４】
１つ以上の消磁素子のうちの１つだけを１度に働かせることができる。またこれに代わって、２つ以上の消磁素子を１度に働かせることもできる。
【００４５】
第一消磁信号は、磁化可能な物体の全体を消磁するために、磁化可能な物体に印加することができる。換言すれば、如何なる潜在的な磁化もこのステップによって消去される。
【００４６】
本方法の典型的な実施形態によると、第一消磁信号は減衰する交流電気信号とされる。換言すれば周期振動信号が、指数関数のような減衰するエンベロープをもつことができる。
【００４７】
方法の別の典型的な実施形態によると、第二消磁信号が減衰する交流電気信号である。
換言すれば周期振動信号が、指数関数のような減衰するエンベロープをもつことができる。
【００４８】
次に、本発明による、磁化可能な物体を磁化するためのアレイ装置について典型的な実施形態を説明する。しかし、これらの実施形態はまた、磁化可能な物体を磁化するための方法や、磁化可能な物体の磁化を調整するための方法及びアレイ装置、物体において磁化された部分の一部を消磁するために駆動可能な１つ以上の消磁素子の使用法にも適用される。
【００４９】
アレイ装置は更に電気接続素子を備え、該素子は電気信号源を磁化可能な物体に電気的に接続するように構成される。このように、電気コンタクト部は、磁化可能な物体に対して電気的に接続されて信号を磁化可能な物体に直接印加するように設けられる。
【００５０】
アレイ装置は更に導電体を備え、これは磁化可能な物体を包囲するか又は磁化可能な物体によって包囲されるように構成される。一実施形態によると、導電体は磁化可能な物体をとり囲むコイルとされる。別の実施形態によると、導電体が円柱状の導体とされ、中空の磁化可能な物体によってとり囲まれる。
【００５１】
次に、本発明による、磁化可能な物体の磁化を調整するための方法について典型的な実施形態を説明する。
【００５２】
但し、これらの実施形態はまた、磁化可能な物体を磁化するための方法及びアレイ装置や、磁化可能な物体の磁化を調整するためのアレイ装置、物体の磁化部分の一部を消磁するために駆動可能な１つ以上の消磁素子の使用法にも適用される。
【００５３】
本発明の方法によると、物体は、該物体の全体に亘って延在する磁化部分をもって提供される。この実施形態によると、先ず、物体全体が磁化され、それから残余の磁化部分が、既に全体的に磁化された物体における選択可能な部分を消磁することによって規定される。
【００５４】
あるいは、物体は、交互に配置される多数の磁化部分及び非磁化部分をもって提供される。この構成（特に往復運動可能な物体の位置センサーにおいて有利であり、この場合、往復運動可能な物体の異なる磁気領域によって生成される磁場を測定することによって実現される）によると、物体（往復運動するシャフト等）は先ず選択可能な部分において磁化され、その後に本発明は、数学的なステップ関数に従う磁化分布を生成することによって、一連の磁化部分及び非磁化部分の磁化を微調整するために実施される。
【００５５】
１つ以上の消磁素子のうちの少なくとも１つは消磁コイルとされる。消磁コイル、つまり磁気コイルを用いて、消磁領域は、物体、例えばシャフトに沿ってコイルをスライドで嵌めることで適切に規定できる。
【００５６】
このように、消磁コイルは、磁化部分のうち消磁する部分をとり囲むように配置することができる。これによって磁化された物体において消磁する領域を適切に位置決めして規定することができる。
【００５７】
１つ以上の消磁素子のうちの少なくとも１つは電磁石とすることができる。時間依存性をもつ磁場を形成するために制御される電磁石を用いることは、磁気コイルの代替策である。電磁石は、様々な形状、サイズ、配置で設けられるので、消磁すべき部分を正確に規定するのに好適である。
【００５８】
消磁素子の少なくとも１つは、時間的に変化する電気信号を印加することによって駆動できる。時間的に変化する電気信号（例えば、交流電流又は交流電圧）は時間依存性をもつ磁場を生成し、これは磁化部分に与えられ、整列して磁化した要素磁石を不規則な配置にし、これにより確実な消磁を実現する。
【００５９】
特に、少なくとも１つの消磁素子は交流電流又は交流電圧を印加することによって駆動できる。
【００６０】
この交流電流又は交流電圧は、例えば、約５０Ｈｚ未満の周波数をもって交番する。所謂表皮効果のため、物体の内側部、例えばシャフトの中央部に近い部分を適切に消磁できるように、充分に低い周波数を使用することが好ましい。このことは充分に低い周波数を使用することで実現でき、第一近似では周波数値が物体の断面積に反比例するように選択できる。
【００６１】
このように時間的に変化する消磁信号の周波数に対する適切な値は、使用上の用途に敏感に依存するが、そのような周波数は、例えば５０Ｈｚよりもかなり低い。例えば、０．０１Ｈｚと２０Ｈｚとの間の周波数範囲が好適であり、特に好ましい範囲は０．０１Ｈｚと５Ｈｚとの間である。
【００６２】
消磁信号を規定するパラメータを選択する場合に、印加する電気信号（例えば、電圧又は電流）の時間、振幅、周波数の間に相互作用がある。経験上は、消磁対象となる磁化領域の要素磁石がほぼ完全に不規則な配置となるまで消磁を続行することが望ましい。
【００６３】
更に好ましくは、交流電流又は交流電圧が５Ｈｚ未満の周波数で交番する。
【００６４】
消磁素子がコイル又は電磁石として実現される構成に対する代替として、永久磁石を消磁素子として使用することができ、この永久磁石を、物体の近傍において時間的に変化する方法でもって移動させることにより働かせることができる。このような運動（例えば、機械的な振動）により、時間依存性をもつ消磁場が消磁対象となる物体の部分に対して有効となる。このような構成によって、電気的な消磁信号の使用が不要となるが、これは永久磁石を用いた純粋に機械的な消磁手順が可能となるためである。
【００６５】
物体の磁化部分については、物体の磁化可能な材料を磁化することによって形成され、その際には、物体において磁化対象となる部分の周囲に配置した磁化コイルを駆動する。そのような、物体を磁化する技術は、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。この磁化手順によると、磁化可能な物体（例えば、工業用鋼鉄製シャフトのような金属物体）の一部を磁化することができ、品質の問題は、磁化領域と非磁化領域との間の境界で生じる。そしてこのようなシャフトは、本発明に係る磁化分布の微調整によって処理することで、磁化領域と非磁化領域との間の移行を改善できる。
【００６６】
記載した態様によると、磁化コイルは、直流電流又は直流電圧を印加することによって駆動できる。
【００６７】
国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットの磁化方法に代わって、所謂ＰＣＭＥ（「Ｐｕｌｓｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ」）技術を適用することができ、これについて以下に詳述する。この技術によると、物体の磁化部分は、２つ以上の電流パルスを物体に印加することで形成でき、物体の表面に対して基本的に垂直な方向において磁場構造が生成され、第一の方向に第一磁気流が存在し、第二の方向に第二磁気流が存在するとともに、第一の方向が第二の方向とは反対とされる。この磁化法によると、時間対電流図において、２つ以上の電流パルスの各々が、基本的に垂直な速い立ち上がりエッジを有するとともに遅い立ち下がりエッジを有する。
【００６８】
物体としてシャフトを設けることができる。特に、このシャフトは、エンジンシャフト、往復可能な作業シリンダ、プッシュプルロッドより成る群のうちの１つである。
【００６９】
そのようなエンジンシャフトは、エンジンのトルクを測定するために自動車等の車両に用いることができる。往復可能な作業シリンダは、コンクリート（セメント）処理装置に使用でき、そのような往復可能な作業シリンダにおける１つ以上の磁気的なエンコード領域を用いてコンクリート処理装置内の作業シリンダの実際の位置を決定し、往復シリンダの動作制御を改善できる。１本のプッシュプルロッド又は複数本のプッシュプルロッドは、車両のギヤボックスに設けられ、プッシュプルロッドの位置検出を行えるように１つ以上の磁気エンコード領域とともに設けることができる。
【００７０】
例えば、１つ以上の消磁素子のうちの１つだけが１度に働く。消磁素子の各々を１つずつ別々に駆動することによって、磁化の微調整を高精度で行うことができ、磁化を維持する領域が消磁から保護される。
【００７１】
あるいは２つ以上の消磁素子を１度に駆動することができる。この構成によって非常に速い微調整が可能となり、従って、これは非常に費用効率の高い代替策である。
【００７２】
次に、本発明による、磁化可能な物体の磁化を調整するためのアレイ装置について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、磁化可能な物体を磁化するための方法及びアレイ装置や、磁化可能な物体の磁化を調整するための方法、そして本発明による、物体の磁化部分の一部を消磁するための１つ以上の駆動可能な消磁素子の使用法にも適用される。
【００７３】
アレイ装置において、物体はシャフトとすることができる。
【００７４】
このシャフトは第一の非磁化（磁化されていない）部分を有するとともに第二の非磁化部分を有することができ、磁化部分は、第一の非磁化部分と第二の非磁化部分との間に配置される。
【００７５】
このアレイ装置は、消磁素子として、第一消磁コイルを有するとともに第二消磁コイルを有することができ、第一消磁コイルは第一の非磁化部分の近傍にある磁化部分の一部を囲むように配置でき、第二消磁コイルは第二の非磁化部分の近傍にある磁化部分の一部を囲むように配置できる。
【００７６】
第一消磁コイルは第一接続部を有し、第二接続部を有することができる。また第二消磁コイルは第一接続部を有し、第二接続部を有することができる。第一電圧が第一消磁コイルの第一接続部と第二接続部の間で印加され、第二電圧が第二消磁コイルの第一接続部と第二接続部の間で印加される。換言すれば、この構成によると、２つの消磁コイルは、互いに電気的に分離される。こうして、磁化部分と非磁化部分との間の２つの境界に対する消磁信号が次々に生成され、高品位の生成された磁気分布をもたらす。
【００７７】
これに代わって、第一消磁コイルが第一接続部を有し、第二接続部を有することができ、また第二消磁コイルが第一接続部及び第二接続部を有することができる。ある電圧を、第一消磁コイルの第一接続部と第二消磁コイルの第二接続部との間で印加し、その際、第一消磁コイルの第二接続部は、第二消磁コイルの第一接続部に接続できる。この構成によると、単一の電圧、よって単一の電圧源だけでアレイ装置を駆動するのに充分であり、これは消磁コイルの２つの接続部が接続されて、磁化部分と非磁化部分との間の２つの境界に対する消磁信号を同時に生成できることによる。
【００７８】
更に、本発明のアレイ装置は第一阻止コイルを有するとともに、第二阻止コイルを有することができ、この第一阻止コイルは第一消磁コイルに近接した磁化部分の一部を囲むように配置され、第二阻止コイルは第二消磁コイルに近接した磁化部分の一部を囲むように配置され、第一阻止コイル及び第二阻止コイルは第一消磁コイルと第二消磁コイルとの間に配置される。そして、消磁素子を駆動する際に、第一阻止コイルと第二阻止コイルとの間の領域が消磁されないように防ぐために、電気信号を第一阻止コイル及び第二阻止コイルに印加できる。この構成によると、小さな阻止コイル又は阻止インダクタを、消磁素子の特定の端部に位置させることができ、阻止コイルの誘導性を消磁コイルの誘導性に比して大幅に小さくできる。こうして、消磁処理によって影響を被る範囲を更に良好に規定できる。
【００７９】
磁化部分については、物体において長手方向に磁化した領域とされ、例えば国際公開第０２／０６３２６２号パンフレットに記載した技術によって生成される。
【００８０】
あるいは、磁化部分は往復運動可能な物体において周方向に磁化した領域とされる。これについては、以下に説明する所謂ＰＣＭＥ技術を実施することで実現できる。
【００８１】
後者の態様によると、磁化部分は、第一の方向を向いた第一の磁気流領域と、第二の方向を向いた第二の磁気流領域によって形成することができ、この場合に第一の方向が第二の方向とは反対である。そして、物体の断面図において、第一の方向及び第一の半径をもつ第一の円形磁気流と、第二の方向及び第二の半径をもつ第二の円形磁気流が存在し、この場合に第一の半径を第二の半径よりも大きくできる。
【００８２】
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】
【００８３】
本発明は、シャフトのようなセンサー素子を持つセンサーを開示し、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。
【００８４】
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内に磁気的なエンコード領域を生成する。
【００８５】
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。
【００８６】
また、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ってもよい。例えば、立ち上がりエッジは立ち下がりエッジより急勾配である。
【００８７】
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。円形でない断面を持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、そしてこれに適合する形状を有する。
【００８８】
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。このことについて、以下に詳述する。
【００８９】
トルクセンサーは、センサー素子のコア領域を取り囲む円周表面を持つ。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、円周表面の第一位置でセンサー素子に導入される。第一電流パルスは円周表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、第一位置から第一方向に離れている。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、円周表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されてもよい。第二電流パルスは、円周表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。
【００９０】
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。シャフトの円周表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、シャフトの外側の円周領域にある。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。
【００９１】
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アンペアの間に最大値を持つことができる。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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
第一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に円周方向に配置され、センサー素子が、第一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及び第二電極の電極ピンによって接触される。
【００９７】
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の間と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。
【００９８】
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。
【００９９】
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持つ第一円形磁気流が生じ、そして第二方向及び第二半径を持つ第二円形磁気流が生じる。第一半径は第二半径より大きくてもよい。
【０１００】
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。
【０１０１】
ピン止めゾーンは次の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円周表面に加える。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。
【０１０２】
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、第四電流パルスを円周表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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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ものではなく、その一部分に沿ってのみ延びている。
【０１０６】
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持ち、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。また、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。
【０１０７】
上記の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。
【０１０８】
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つの円形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。
【０１０９】
更に、シャフトは、同心円状に配置された少なくとも２つの円形磁気ループを持つように提供される。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。第一及び第二電極は、第一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作られる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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、長方形の横断面を持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の隣又は近くの外部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、第一位置に近く、そして、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順次に加えてもよい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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ならば、第二センサー素子６によって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によって検出されるようになる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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、その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。
【０１１９】
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、磁気的にエンコードされた領域（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によって示され、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、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及び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、コア領域を通し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。
【０１２０】
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持ち、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、磁気流方向を持つ磁気流構造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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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で示された電流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。
【０１２３】
電流は、図３Ｂにおいてセンサー素子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。
【０１２４】
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形成される。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持ち、そしてその下層で第二磁気流が第二方向を持つことになる。図４に示すように、磁気流の方向は互いに反対とされる。
【０１２５】
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、エンコードされた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、エンコードされた領域の外部に磁場が生じ、これが第二センサー素子６によって検出される。このことについて、以下に詳述する。
【０１２６】
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の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って製造される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。
【０１２７】
位置１０及び１２の近傍に、ピン止めゾーン４２及び４４を配置する。これらのゾーン４２及び４４は、エンコード領域４の不安定性を回避するために設けられる。換言すれば、ピン止めゾーン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。
【０１２８】
要するに、第一ピン止めゾーン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って形成される。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される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によって示される。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。
【０１２９】
第二ピン止めゾーン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される領域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。
【０１３０】
ピン止めゾーン４２及び４４は、例えば、これらのピン止めゾーン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ものとされる。図５から分るように、ピン止めゾーンについては、エンコード領域４のコーディング又は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。
【０１３１】
図６は、本発明の別の典型的な実施形態を示すが、そこではエンコード領域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、ピン止めゾーンについては、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。
【０１３２】
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の、単純化したフローチャートを示す。
【０１３３】
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を参照して記述したように、第一パルスが加えられる。それから、ステップＳ２の後に、方法はステップＳ３に続き、図３Ａ及び３Ｂを参照して記述したように、第二パルスが加えられる。
【０１３４】
そして方法はステップＳ４に続き、ピン止めゾーンを第一センサー素子２にコード化すべきか否かが決定される。ステップＳ４においてピン止めゾーン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。
【０１３５】
ステップＳ４においてピン止めゾーンが第一センサー素子２に対してコードされ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ゾーン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ゾーン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ゾーン４２及び４４に加えられる。ピン止めゾーン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、ピン止めゾーン４４に対して、第四パルスが、矢印３４及び３６と反対の方向を持つピン止めゾーンに加えられる。それから、方法はステップＳ７に続き、そこで終了する。
【０１３６】
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をエンコード化するために印加される。これらの電流パルスは、例えば反対の方向を持つ。更に、それぞれ対応する方向を持つ２つのパルスは、ピン止めゾーン４２に加えられ、そしてピン止めゾーン４４に加えられる。
【０１３７】
図８は、磁気的にエンコードされる領域４及びピン止めゾーン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。
【０１３８】
図８から分るように、磁気的にエンコードされる領域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傾向に比較して比較的長い傾向を持つ。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。
【０１３９】
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持ってもよい。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。パルスの周辺の形状は異なっていてもよい。
【０１４０】
それから、ピン止めゾーン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に関連して記述されたように、ピン止めゾーンに加えられる。そのようなパルスが、ピン止めゾーンに同時に加えられてもよいし、また、各々のピン止めゾーンに連続して加えられてもよい。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持ってもよい。但し、その最大値はもっと小さくてもよい。
【０１４１】
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の別の典型的な実施形態を示しており、磁気的にエンコードされる領域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線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持つ円形シャフトとされる。導線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、導線を矢印６４で示すようにクランプしてもよい。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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持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、磁気的にエンコードされる領域は、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、磁気的にエンコードされる領域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。
【０１４５】
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、磁化可能な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提供される。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【表１】
2008537323.tif 000003
【０１４８】
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、生産することができる。「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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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）どのシャフトサイズにも応用でき、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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
次に、磁場構造（センサー原理）について説明する。
【０１５４】
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、互いの上に蓄えられ、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）。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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図示している（ピギーバックモード）。
【０１５７】
機械的応力（往復運動又はトルクのような）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。
【０１５８】
図１４に示すように、機械的応力がＳＨに全く加わらない時、磁束線はその最初の経路内で走る。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のような）に比例して傾く。
【０１５９】
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。磁束線が磁気的にエンコードされた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。
【０１６０】
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に存在する「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持つＳＨの外部でセンシングされ、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を非常に広範にプログラム化でき、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（負荷セルとして応用可能）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。
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。
【０１６１】
図１５を参照すると、トルクがＳＨに加わる時、２つの逆方向の円形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。
【０１６２】
機械的トルク応力がＳＨに加わる時、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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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）。
□非常に高い信号バンド幅（１０ｋＨｚより良い）。
【０１６６】
選択され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、シャフトが自由に、任意の所望の速度をもって両方向において回転できる。
【０１６７】
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」工程のような）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）。
□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」を可能にする工程。
□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」を可能にする製造工程（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）。
□軸シャフトの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。
【０１６８】
次に、ＳＨにおける磁束分布について説明する。
【０１６９】
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、非常に特殊で良く制御された電流が必要である。ＤＣ電流を使用した初期の実験は、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）。
【０１７０】
図１７に、導体内の仮定された電流密度を示す。
【０１７１】
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。
【０１７２】
図１８に、導体内で電流経路を束ねる磁場を形成する小さな電流を示す。
【０１７３】
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。このことに対する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。
【０１７４】
図１９に、導体内の小さい電流の１つの典型的な流れを示す。
【０１７５】
しかしながら、実際には電流は１つの接続極から他へと、「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）。
【０１７６】
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、内部に磁場をもったシャフトは、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とき、測定可能な効果は非常に小さく、一様でなく、従って信頼できるＮＣＴセンサーシステムを作るには十分でない。
【０１７７】
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。
【０１７８】
飽和レベルでのみ、電流密度（ＤＣを用いる時）は導体全体の横断面に一様に分布する。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横断面及び伝導率（インピーダンス）に主に影響される。
【０１７９】
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）。
【０１８０】
導体内を交流（ラジオ周波数信号のような）が流れる時、信号が導体の表皮層を流れること、即ち、表皮効果と呼ばれること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（２０ｍｍ直径の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（Ｅ）を通過する。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、より大きな面積があることによる）。
【０１８１】
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導体の電流密度（電流に対して９０度の横断面）を示す。
【０１８２】
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。
【０１８３】
再び図１３を参照すると、望ましい磁場センサー構造を示されている。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、逆環状の「ピギーバック」磁場設計とされる。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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（二次側センサーに関連するシャフト回転及びシャフトの軸運動に関して）。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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、作られた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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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って行うことができる。
【０１９０】
もっと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。
【０１９１】
一様な電流は、電流方向（Ａ）に関して、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。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（又は測定可能な）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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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その時、「Ｕ」字型の外形に沿った電流は、「Ｕ」字の内半部における測定可能な効果を打消している。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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（Ｆ）に磁場が存在しないように見える。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。加えられ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。
【０１９６】
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場効果が互いに打消されてしまう（Ｇ）。
【０１９７】
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。
【０１９８】
しかしながら、機械的な応力が「Ｏ」型導体（チューブ）に加えられる時、「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。
【０１９９】
次に、エンコーディングパルス設計について説明する。
【０２００】
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、生じる磁場効果が偶然に消されることはなくなる。
【０２０１】
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。
【０２０２】
次に、長方形の電流パルス形状について説明する。
【０２０３】
図２７には、長方形をした電流パルスを示す。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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）。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。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。
【０２１０】
次に、放電電流パルス形状について説明する。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
パルス電流スケール（１５ｍｍ直径のシャフトで、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正しい磁束密度に達した。）。
【０２１５】
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持つセンサーホスト（ＳＨ）の横断面を示す。
【０２１６】
更にパルス電流振幅を増加する時、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（１５ｍｍ直径のシャフトの場合）、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）。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
図３４を参照すると、より良い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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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、一定であることを保証することによってのみ達成できる。押圧されたバネを用いて、先鋭なコネクターが、シャフトの表面で可能な酸化又は絶縁層（多分、指紋によって作られた）を突き通す。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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って固定されている互いに絶縁された幾つかのコネクターを示す。この工具はシャフト処理保持クランプ（又は、ＳＰＨＣ）と呼ばれる。ＳＰＨＣに必要とされる電気コネクターの数は、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ーが必要である。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。
【０２２９】
図３８には、電気接続点の数を増やすことによって、パルス変調電流の出入りの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。
【０２３０】
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１つの例を示す。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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、又はシャフトの望ましい部分を通して流れる電流を使用することによって行われる。永久磁石を使用するときには、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、望ましい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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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（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）漂遊磁界に対して敏感になることである。
【０２３５】
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持つ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（つまり線上に）に置かれたＭＦＳコイルを使用する場合に、一様な漂遊磁界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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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と呼ばれるものを使用する。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一であることである。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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、この本文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。
【０２４０】
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。互いに逆方向の磁束ループ同士は相互作用しない。
【０２４１】
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時、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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
次に、シャフト処理のための多チャンネル電流駆動部について説明する。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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が多くなる。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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することができる。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
次に、ホット・スポットの概念について説明する。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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非常に敏感である。
【０２５３】
ホット・スポットセンサー感度を減少するために、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、明確に規定されることを要する（それらはもう移動できない）。
【０２５４】
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、その１つが検出領域の各側にある。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
図５２には、ホット・スポットを減少させる（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センサーに対する並行処理を例示する。
【０２５８】
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・スポットの効果に対してあまり敏感でない。しかしながら、残留するホット・スポット感度は更に、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減少できる。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
次に、回転信号一様性（ＲＳＵ）について説明する。
【０２６２】
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性能が良い。
【０２６３】
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短くすべきであり、そうでないと、生じた磁場が円周上で一様ではなくなる。
【０２６４】
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。
【０２６５】
次に、ＮＣＴセンサーシステムの基本的な設計問題について説明する。
【０２６６】
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。
【０２６７】
原則として、ＰＣＭＥセンシング技術は、スタンドアローンセンサー製品を製造するために使用できる。しかしながら、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もの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。
【０２６８】
スタンドアローンのトルク検出装置又は位置検出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。
【０２６９】
以下、図５６に、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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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することができる。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、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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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が明白であることによる。
【０２７４】
次に、センサーコンポーネントについて説明する。
【０２７５】
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。
【０２７６】
適用の種類（量及び品質の要請、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るし、又は個々のモジュールの生産を下請けに外注することができる。
【０２７７】
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。
【０２７８】
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。
【０２７９】
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）
【０２８０】
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、コネクター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。
【０２８１】
図５９は、検出装置のコンポーネントを示す。
【０２８２】
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又は磁気的にコードされたシャフト）を有し、望ましくない寄生磁場からの干渉が最小限とされた、適切に設計されたセンサーシステムにおいて、２つのＭＦＳコイルのみが必要である。しかしながら、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、望ましい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。
【０２８３】
次に、制御及び／又は評価の回路構成について説明する。
【０２８４】
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。
【０２８５】
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。
□高い信号バンド幅回路。
□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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。基本ＩＣはまた接地される。基本ＩＣは、ＳＣＳＴの外部にアナログ出力を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。
【０２８８】
図６２は、一体化された故障検出を有する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場合や、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。
【０２８９】
次に、二次側センサーユニットについて説明する。
【０２９０】
図６３に示された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、コネクター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。
【０２９１】
ＭＦＳコイルは、位置決めプレートに取り付けてもよい。位置決めプレート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、接続することができる。そして、ワイヤハーネスは位置決めプレートに接続される。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。
【０２９２】
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。
【０２９３】
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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。
【０２９８】
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ーを含む）。
□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。
【０２９９】
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。
【０３００】
次に、一次側センサー設計について説明する。
【０３０１】
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。
【０３０２】
図６５は、一次側センサー及び二次側センサーの幾何学的な配置について２つの形態を示す。
【０３０３】
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の直径を持つシャフトでは、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、磁気的にエンコードされた領域を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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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。
【０３０６】
図６７に、その一例を示す。
【０３０７】
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）。
【０３０８】
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。
【０３０９】
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、そして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。
【０３１０】
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）。
【０３１１】
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、又は半自動的とされ、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。
【０３１２】
以下、図６８乃至図７４を参照して、本発明による磁化可能な物体の磁化を調整するための方法について説明する。
【０３１３】
図６８は円柱シャフト１００を示し、これは磁化可能な工業用鋼で形成される。
【０３１４】
但し、図６８に示す筋書きに従って鋼鉄製シャフト１００が消磁される。
【０３１５】
図６９は磁化可能なシャフト１００が所謂ＰＣＭＥ技術によって部分的に磁化された構成を示す。このために、第一の金属リング２００が磁化可能なシャフト１００に直接適用され、第二の金属リング２０１がシャフト１００の別の部分に取り付けられる。そしてパルス電流Ｉ１がリング２００、２０１に印加されて、シャフト１００の一部２０２を磁化させる。シャフト１００の磁化部分２０２は、シャフト１００に２つのパルスを印加することで形成され、電流パルスの各々は、速い立ち上がりエッジ及び遅い立ち下がりエッジをもつことで、シャフト１００の表面に対して基本的に垂直な方向において磁場構造が生成され、この場合に第一の方向に第一磁気流が存在し、第二の方向に第二磁気流が存在するとともに、第一の方向が第二の方向と反対である。時間対電流図において、２つ以上の電流パルスの各々が、基本的に垂直な速い立ち上がりエッジを有するとともに遅い立ち下がりエッジを有する。
【０３１６】
図６９はまた、電流路２０３を概略的に示しており、これらはリング２００、２０１の近傍で大きく曲がっている。このように磁化は、リング２００、２０１に直接隣り合う部分においてあまり均一でない。
【０３１７】
図７０はシャフト１００の概略断面図を示し、（取り外した）リング２００、２０１が取り付けられる手前側の部分において磁化領域２０２が形成される。このシャフト１００は第一の非磁化部分３０１を有するとともに第二の非磁化部分３０２を有しており、磁化部分２０２が第一の非磁化部分３０１と第二の非磁化部分３０２との間に配置される。図７０から分かるように、磁化部分２０２は第一の磁気流領域３０３、つまり第一の方向３０５を向いた領域によって形成されるとともに、第二の磁気流領域３０４、つまり第二の方向３０６を向いた領域によって形成され、この場合に第一の方向３０５が第二の方向３０６とは反対である。更に図７０から分かるように、シャフト１００の断面図において、第一の円形磁気流３０３が第一の方向３０５及び第一の半径を有し、そして第二の円形磁気流３０４が第二の方向３０６及び第二の半径を有しており、この場合に第一の半径が第二の半径よりも大きい。
【０３１８】
しかし、磁化部分２０２を磁気的にエンコードされた領域として、トルクセンサー又は位置センサーで使用する場合に、磁化領域２０２の中央部のみが高品位の適用において使用され、これはこの部分においてのみ磁化が均一であるのに対して、消磁される領域３０１、３０２と磁化領域２０２との間の境界、つまり、事前にリング２００、２０１が取り付けられる境界では磁化がかなり不均一であることによる。
【０３１９】
図７１から分かるように、部分的に磁化されたシャフト１００の磁化は、第一消磁コイル４００（コイル軸がシャフト軸に平行とされる）を、磁化部分２０２に近接した位置、つまり第一の非磁化部分３０１と磁化部分２０２との間の境界に配置することにより調整される。更に、第二消磁コイル４０１（コイル軸がシャフト軸に平行とされる）は、磁化領域２０２と第二の非磁化領域３０２との間の境界に配置される。
【０３２０】
更に図７１から分かるように、磁化部分２０２のうち第一消磁コイル４００で覆われた部分が消磁され、第一消磁コイル４００を駆動することで磁化をもたなくなるが、これについては、シャフト１００の消磁される部分５００を、シャフト１００の残余の磁化部分５０１に直ぐ近接して形成することにより、磁化可能なシャフト１００の磁化を調整するためである。更に図７１を参照すると、このことは交流電流Ｉ２を第一消磁コイル４００に対して１Ｈｚの周波数で印加することにより実現される。よって、消磁部分５００内の要素磁石が殆ど不規則な配置となって、この領域では如何なる磁化も消失する。シャフト１００において消磁部分５００と残余の磁化部分５０１との間の境界では、磁化分布がステップ関数によって表されるが、これは、シャフト１００において消磁部分が明瞭に規定されることによる。
【０３２１】
図７２を参照すると、消磁処理が、磁化領域２０２と第二の非磁化領域３０２との間の消磁される部分で繰り返される。そのために、交流電流Ｉ３が第二消磁コイル４０１に印加されて、第二の消磁部分６００を生成し、残りの磁化部分６０１、つまり空間的に明瞭に定義された部分を規定する。
【０３２２】
図７３は、電流を停止した後の構成を示す。
【０３２３】
消磁コイル４００、４０１を取り外した後に図７４の構成が得られ、シャフト１００の中央において残余の磁化部分６０１を示すとともに、２つの周方向に磁化された２つの部分３０３、３０４をもち、これらは反対の磁化方向を向いている。
【０３２４】
次に、図７５を参照して、本発明の第一実施形態による、シャフト１００の磁化を調整するためのアレイ装置８００について説明する。
【０３２５】
このアレイ装置８００は、磁化可能なシャフト１００の磁化を調整するための装置であってシャフト１００を備えており、該シャフト１００はその一部に沿って延びる磁化部分（図示しない）を有する。図７５の筋書きでは、磁化部分がシャフト１００の一部に沿って延びており、これは第一消磁コイル８０１と第二消磁コイル８０２との間に延在する。シャフト１００における磁化部分については、ＰＣＭＥ技術によって前もって磁化されている。磁化部分の一部はコイル８０１、８０２によって覆われて消磁されることになるが、これについて以下に説明する。
【０３２６】
第一消磁コイル８０１は磁化部分に近接して配置され、第二消磁コイル８０２は磁化部分に近接して配置される。このようにシャフト１００は第一の非磁化部分及び第二の非磁化部分をもち、磁化部分が第一の非磁化部分と第二の非磁化部分との間に位置する。第一消磁コイル８０１は、第一の非磁化部分に近接した磁化部分の一部を取り囲んで配置され、第二消磁コイル８０２は、第二の非磁化部分に近接した磁化部分の一部を取り囲んで配置される。この第一消磁コイル８０１は、第一接続部８０３及び第二接続部８０４を有し、第二消磁コイル８０２は、第一接続部８０５を有するとともに第二接続部８０６を有する。電圧は、第一消磁コイル８０１の第一接続部８０３と第二消磁コイル８０２の第二接続部８０６との間で印加できる。第一消磁コイル８０１の第二接続部８０４は、第二消磁コイル８０２の第一接続部８０５と接続される。
【０３２７】
次に、シャフト１００の磁化部分の一部を消磁する方法について説明する。
【０３２８】
ＰＣＭＥの電気エンコードパルスをシャフト１００に印加することによってシャフト１００の大部分がセンサー素子へと変わる。このことは、センサー性能が（シャフト１００の中央部において）最高になるという利点をもつ一方で、大部分に亘って磁化されたシャフト１００は「ホット・スポット」感度が高くなり過ぎ、即ち近辺の強磁性材料に対して過敏になってしまうという不利益を有する。
【０３２９】
その意味するところは、シャフト１００の大部分、つまりその殆ど端から端までが、加えた機械的な力に対して敏感になることである。同様に、結果として得られる磁場についてもシャフト１００の表面で変化し、シャフト１００の全長に及ぶ。このような寸法的に大きな磁場は、他の強磁性デバイス、つまり磁気的にエンコードされたシャフト１００の近辺に位置し（又は移動される）デバイスによって容易に引き付けられるか、あるいは形状的な影響を受けることがある。
【０３３０】
よって、磁気的なエンコード領域については軸方向において適度に短くすることが望ましい。更に好ましいのは、磁気的なエンコード領域の両側にピン止め場を位置させることである。図７５に示す例では、シャフト１００の大部分が磁気的にエンコードされ、次いで、この磁気的なエンコードは、トルクセンサーのシャフト１００における残余の磁化部分のうち、所望の位置の両側で削除される。
【０３３１】
図７５に示す実施形態によると、このことは、シャフトの端部を、半径方向にてしっかりと巻き付けられるコイル（インダクタ）８０１、８０２の内側にそれぞれ嵌通させることで実現される。インダクタ８０１、８０２を通じて交流電流を印加することによって、磁気センサーエンコードは、その強度が低下するか、あるいは全く消去されてしまう。明らかに、磁場打消し効率は、消磁コイル８０１、８０２によって囲まれたシャフト１００の領域においてほぼ１００％であり、シャフト１００の中央部ではそれよりも小さい。
【０３３２】
しかし、図７５から分かるように、交流電流を両コイル８０１、８０２に対して同時に印加すると、センサー領域、つまり２つの消磁コイル８０１と８０２の間にある領域にも大きな影響を与えてしまう。換言すれば、この方法は、シャフトの端部で磁気エンコードを消去するだけでなく、シャフト１００の中央部においても部分的に磁気エンコードを消去することになる。
【０３３３】
このように磁場キャンセル用のインダクタ８０１、８０２を同時に駆動する場合に、磁場打消し効率は、磁場キャンセル用のインダクタ８０１、８０２が終端となる場所を越えて拡がっている。その結果、消磁コイル８０１と８０２の間の部分も影響を被ることになる。このことは、消磁コイル８０１と８０２の間の部分に存在する磁気エンコードが、ある程度、同様に消されてしまうことを意味する。
【０３３４】
次に、図７６を参照して、本発明の第二実施形態による、シャフト１００の磁化を調整するためのアレイ装置９００について説明するが、これは図７５に示す実施形態に比べて更に改善されている。
【０３３５】
図７６によると、コイル８０１、８０２のうちの１つだけが１度に交流電流源と接続される。換言すると、図７６では、第一電圧が第一消磁コイル８０１の第一接続部８０３と第二接続部８０４の間で印加され、これとは独立に第二電圧が第二消磁コイル８０２の第一接続部８０５と第二接続部８０６との間で印加され、ある電圧が他の電圧の後で印加される。
【０３３６】
図７６のグラフから分かるように、磁場打消し効率は、アレイ装置８００に比べて、コイル８０１と８０２の間の範囲でかなり減少しており、よってシャフト１００の中央部における残留磁化に関連する部分は、改善された方法で消磁から保護される。
【０３３７】
図７６によれば、磁場キャンセル用インダクタ８０１、８０２を１つずつ交互に駆動させると、更に良好な結果が得られる。磁場打消し効率は、注目すべきことに２つの消磁コイル８０１と８０２の間において減少する。しかしながら、２つの消磁コイル８０１と８０２の間の部分に存在する磁気エンコードについては、その程度は小さいものの、一様でない仕方で未だ消去されてしまう。
【０３３８】
次に、図７７Ａを参照して、本発明の第三実施形態による、シャフト１００の磁化を調整するためのアレイ装置１０００について説明する。
【０３３９】
図７７Ａに示す実施形態によると、アレイ装置が第一阻止コイル１００１を有するとともに第二阻止コイル１００２を有している。第一阻止コイル１００１は第一消磁コイル８０１に近接した磁化部分の一部を囲むように配置され、第二阻止コイル１００２は第二消磁コイル８０２に近接した磁化部分の一部を囲むように配置されるが、これは、第一阻止コイル１００１及び第二阻止コイル１００２を、第一消磁コイル８０１と第二消磁コイル８０２との間で（中間に、つまり、これらの間に挟まれた状態で）配置させるためであり、その際、消磁素子８０１、８０２が磁化された場合に、第一阻止コイル１００１と第二阻止コイル１００２との間の領域が消磁されないような電圧を、第一阻止コイル１００１及び第二阻止コイル１００２に印加することができる。
【０３４０】
図７７Ａから分かるように、阻止インダクタ１００１、１００２（これらは磁場キャンセル用インダクタ８０１、８０２における特定の端部に配置されるインダクタであって、阻止インダクタ１００１、１００２の誘導性は、磁場キャンセル用インダクタ８０１、８０２の誘導性に比してかなり小さい）を使用する場合、磁場キャンセル用インダクタ８０１、８０２によって影響を被る範囲を、更に明瞭に規定することができる。さらなる利点として、磁場キャンセルシステム設計が１回の工程で済む（電圧印加を何回も連続して行う必要はない）。
【０３４１】
図７７Ａ、図７７Ｂに示すように、単一の電流信号がコイル８０１、８０２、１００１、１００２に印加され、第一消磁コイル８０１の第一接続部８０３と第二消磁コイル８０２の第二接続部８０６の間で電流が流れる。電流は、第一消磁コイル８０１を通って流れた後及び第二消磁コイル８０２を通って流れる前に、第一阻止コイル１００１及び第二阻止コイル１００２を通って流れる。但し、消磁コイル８０１、８０２において電流の流れる方向は同じであり、また阻止コイル１００１、１００２において電流の流れる方向は同じである。消磁コイル８０１、８０２のいずれかを電流が流れる方向については、阻止コイル１００１、１００２のいずれかを電流が流れる方向と反対である。消磁コイル８０１、８０２のそれぞれの巻き数は、阻止コイル１００１、１００２のそれぞれの巻き数よりも多い。このように、コイル８０１、８０２、１００１、１００２のいずれかによって生成される磁場の強さは、巻き数を選定し、印加電流の振幅を調整することによって調整され、これはコイル８０１、８０２、１００１、１００２のいずれかによって生成される適正な磁場の値を得るためである。
【０３４２】
次に、図７７Ｃを参照して、本発明の第四実施形態による、シャフト１００の磁化を調整するためのアレイ装置１０５０について説明する。
【０３４３】
図７７Ｃに示す実施形態によると、コイル８０１、８０２、１００１、１００２の各々は、別個の電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４との接続部を２つ有する。このようにコイル８０１、８０２、１００１、１００２のいずれかを流れる電流は、コイル８０１、８０２、１００１、１００２のいずれかに対して独立に調整できる。これらの電流の強さは各々、個別的に調整することができ、これはシャフト１００に沿う磁化分布を、所望の方法で設定できるようにするためである。図７７Ｃの実施形態によると、電流値は次のように選択される。「Ｉ１＝Ｉ４」、「Ｉ２＝Ｉ３」、「｜Ｉ２｜＜｜Ｉ１｜」。図７７Ｃによれば、巻き数（４）がコイル８０１、８０２、１００１、１００２のそれぞれについて等しい。
【０３４４】
次に、図７８Ａ乃至図７８Ｃを参照して、発明の背景及び説明を与える。
【０３４５】
図７８Ａは、磁化されたシャフト１００及びシャフト１００の周囲の磁場分布１１００を示す。ＰＣＭＥのエンコード信号が全シャフトに印加されると、磁化されたシャフト１００は端から端に亘る。
【０３４６】
図７８Ｂに示すように、強磁性物体１１０１を磁化されたシャフト１００の周囲領域に置くと、「ホット・スポット」が生じ、つまり、近辺の強磁性材料１１０１に対して大きな感度をもつ。この場合に、磁気エンコードされたセンサーは、強磁性物体１１０１がシャフト１００の一端部に触れるか又はシャフト１００の近くでその位置を変えるときに、非常に敏感になる（が、必ずそうなるとは限らない）。
（例：回転するギヤ歯付きホィール）。
図７８Ｃに示すように、ドミノ効果が起きることがある。そのような効果を、本発明によって低減し、除去することができる。
【０３４７】
次に、図７９を参照して、磁化可能な鋼鉄製シャフト１００を磁化するためのアレイ装置１２００について、本発明の典型的な実施形態に従って説明する。
【０３４８】
磁化可能なシャフトを磁化するためのアレイ装置１２００は、電気信号源１２０１と、電気信号源１２０１を磁化可能なシャフト１００と電気的に接続するための電気接続素子１２０２、１２０３を備える。これらの電気接続素子１２０２、１２０３は、２つの電気的な導体素子として実現され、これらは円柱シャフト１００の表面に取り付けられ、ケーブル１２０４、１２０５に繋がれて、シャフト１００と電気信号源１２０１との間にオーミック電気接続を形成する。
【０３４９】
この電気信号源は、以下の方法ステップを用いてシャフト１００を磁化する方法を実行するように構成される。
【０３５０】
第一ステップでは、第一消磁信号（図８０の線図１３００参照）が磁化可能なシャフト１００に印加されて、磁化可能なシャフト１００を完全し消磁し、その際、第一消磁信号は、第一周波数及び第一振幅をもつ交流電気信号である。
【０３５１】
図８０は、電流対時間図１３００（電流Ｉ、時間ｔ）を示しており、図示の（低周波数及び大振幅をもつ）第一消磁信号が電気信号源１２０１によってシャフト１００に印加される。換言すれば、電流が２つの電気接続素子１２０２と１２０３の間で、シャフト１００を通って直接流れ、低周波数で大振幅の第一消磁信号によって、高い信頼性をもってシャフト１００全体が消磁される。このように、この第一ステップはまた、ある種のクリーニング工程を意味している。
【０３５２】
記載した実施形態によると、シャフト１００はその直径が５０ｍｍであって、図８０に示す第一消磁周波数は１Ｈｚと２Ｈｚとの間である。
【０３５３】
続く方法ステップでは、電気信号源１２０１によって磁化信号が磁化可能なシャフト１００に印加されて、磁化可能なシャフト１００を磁化させる。このＰＣＭＥエンコードの磁化ステップについては、図８１の線図１４００に示し、速い立ち上がりエッジ及び遅い立ち下がりエッジをもった電流対時間図を示している。このような２つの電流パルスは、順次に印加することができ（ＰＣＭＥ技術についての上記した記載を参照）、これは基本的には磁化可能なシャフト１００の全長に亘ってシャフト１００のエンコードを可能にするためである。
【０３５４】
但し、このＰＣＭＥエンコードステップの後には、磁化されたシャフト１００の表面領域が不均一に磁化されること、つまり、センサーの応答がシャフト１００の全周に沿って正確に同じではないことが起こり得る。
【０３５５】
望ましくない不均一性に起因する表面磁化をとり除くために、第二消磁信号（図８２参照）を、電気信号源１２０１によって、磁化された磁化可能なシャフト１００に対して印加し、磁化された磁化可能なシャフト１００を部分的に消磁することができ、その際、第二消磁信号は、第二周波数及び第二振幅を有する交流電気信号である。図８２の線図１５００に示すように、第二消磁信号はその振幅が、図８０の線図１３００に示す第一消磁信号の振幅に比べてずっと小さい。更に、第二消磁信号の周波数は、第一消磁信号の周波数に比べてずっと大きい。
【０３５６】
５０ｍｍの直径をもつシャフト１００の実施形態について記載すれば、線図１５００に示す第二消磁信号の第二周波数が３００Ｈｚであって、第二消磁信号の振幅が５Ａである。
【０３５７】
更に、図８１に示す最大値Ｉｍａｘは、直径５ｍｍのシャフトの場合に、９０Ａであり、直径５０ｍｍのシャフトでは４５００Ａである。
【０３５８】
図８２に示す第二消磁信号を印加した後、シャフト１００の表面磁化を打消し、これを除去し又は低減することで均一性が改善され、寄生効果の影響が効率的に抑制される。
【０３５９】
図８３は、本発明の別の典型的な実施形態による、シャフト１００を磁化するためのアレイ装置１６００を示す。
【０３６０】
本実施形態によると、電気接続素子１２０２、１２０３がリングとして実現され、これらは周方向において円柱シャフト１００と接触する。この構成によって、２つのリング１２０２と１２０３の間のシャフト１００の部分だけを基本的に処理することができる。
【０３６１】
留意すべきは、図７９又は図８３に示すアレイ装置を用いてシャフト１００を処理した後で、図７１乃至図７４を参照して上記に説明した方法に従って、磁化領域の境界部分が打消され、つまり消磁されることである。また図７５乃至図７７Ｃに示す実施形態をこのために使用できる。
【０３６２】
次に、図８４を参照して、本発明の別の典型的な実施形態によるアレイ装置１７００を説明する。
【０３６３】
図８４に示す実施形態と図８３に示す実施形態との相違は、２つの消磁信号がシャフトに直接印加されず、コイル１７０１を通して電流を印加することによって適用されることであり、該コイルには電気エネルギーユニット１７０２によって電気エネルギーが供給される。この電源供給部１７０２は電気信号源１２０１によって制御できる。
【０３６４】
要するに、アレイ装置１７００による磁化の規定方法は以下の通りである。先ず、図８０に示す信号と同様の信号がコイル１７０１に印加される。次いで、電流が電気接続部１２０２、１２０３を介してシャフト１００内へと直接導入されることで、（例えば、図８１の信号と同様の信号を用いて）シャフト１００の磁化が行われる。その後、図８２に示す信号と同様の信号がコイル１７０１に印加される。任意選択的に、別の消磁ステップを、図７１乃至図７４を参照して説明した方法で実行できる。また、図７５乃至図７７Ｃに示す実施形態では、その目的がシャフト１００の伸張方向１７０５において磁化を制限することにある。よって、コイル１７０１はシャフト１００を消磁するために使用され、コンタクト部１２０２、１２０３はシャフト１００を磁化するために使用される。
【０３６５】
しかし、この機能はまた、以下に述べるように逆順でもよい。後者の態様によると、（図８１と同様の）磁化電流を、コイル１７０１を通じて印加することができ、該コイルには、電気エネルギーユニット１７０２によって電気エネルギーが供給される。この電源供給部１７０２は、電気信号源１２０１によって制御できる。そして、アレイ装置１７００による磁化の規定方法は以下の通りである。先ず、図８０に示す信号と同様の信号が電気コンタクト部１２０２、１２０３を介してシャフト１００に直接印加される。次いで、電流がコイル１７０１に導入されて、シャフト１００が長手方向に磁化される。その後、図８２に示す信号と同様の信号がシャフト１００に直接印加され、その際、この信号は２つのコンタクト部１２０２と１２０３の間に印加される。任意選択的に、別の消磁ステップを、図７１乃至図７４を参照して説明した方法で実行できる。また、図７５乃至図７７Ｃに示す実施形態では、その目的がシャフト１００の伸張方向１７０５において磁化を制限することにある。
【０３６６】
次に、図８５及び図８６を参照しながら、本発明の磁化方法によって、均一性を改善して寄生効果を抑えることが如何にして可能となるかについて説明する。
【０３６７】
図８５は、図８２に示すような第二消磁ステップを実行することなく磁化されたシャフト１００の断面を示す。この場合に信号の不均一性が生じ得る。これらは図８５にて概略的に示され、図８５に参照符号１８００で示している。換言すれば、磁化したシャフト１００が磁気トルクセンサーとして使用される場合に、信号はシャフト１００の断面を囲む周方向の周回曲線に沿って不均一である。
【０３６８】
図８６から分かるように、本発明による磁化方法を用いると、磁化した物体１００の周囲の信号分布がより均一化して対称性が高くなり、寄生表面磁化の寄与によってもたらされるセンサーへの作為的影響が抑制され、あるいは除去される。
【０３６９】
留意すべきは、本発明による思想の実現が非常に容易なことであり、その理由は、磁化ステップについてシャフトの構成を変えずに実施できること、即ち、全信号がシャフトを通して直接的に流れるようにできることである。コンタクト部を、異なる方法ステップの間で取り外し又は取り付けることは重要でなく、一連の信号印加を容易に自動化することができる。
【０３７０】
図８７は、本発明の典型的な実施形態によるシャフトの磁化方法に従う、電流対時間図１９００であり、図８０又は図８２の電流対時間図の代替例を示している。
【０３７１】
「Ａ」は振幅を示す。電流対時間図１９００において、振動電流はエンベロープを有し、信号は時間が経つにつれて小さくなる。このエンベロープについては、例えば、指数関数とすることができる。２つの連続する振動間での信号減少分１９０１は４％未満が望ましく、１％未満が好ましい。周波数２Ｈｚの振動電流を、３００秒間に亘ってシャフトに与えることができる。図８７の信号は第一消磁信号として使用される。特に、高い振動周波数及び小さい振幅で、この信号を第二消磁信号として図８２の代わりに用いることができる。
【０３７２】
図８８は、本発明の典型的な実施形態によるシャフトを磁化する方法に従う、電流対時間図２０００であり、図８１の電流対時間図の代替例を示す。
【０３７３】
図８８によると、ステップ関数がシャフトに適用され、このステップ関数は２つの値Ｉｍａｘ又はゼロの一方をとることができる。そのような磁化信号は、コンタクト部１２０２、１２０３を介してシャフトに対して直接的に印加できる。
【０３７４】
図８９は、本発明の典型的な実施形態によるシャフトを磁化する方法に従う、電流対時間図２１００であり、図８１の電流対時間図の更に別の代替例を示す。
【０３７５】
電流対時間図２１００による、このＰＣＭＥエンコード磁化ステップでは２つの連なった部分を有し、その各々が速い立ち上がりエッジ及び遅い立ち下がりエッジをもつ。このように、図８１の２つの電流パルスは順次に印加され（ＰＣＭＥ技術についての上記説明を参照）、これはシャフトのエンコードを可能にするためである。
【０３７６】
図９０は、本発明の典型的な実施形態に従って中空シャフト２２０１を磁化するためのアレイ装置２２００を示す。
【０３７７】
本実施形態によると、磁化対象とされる中空シャフト２２０１が磁化シリンダ２２０２をとり囲んでいる。電気信号源２２０３によって、シャフト２２０１を磁化させ又は消磁するための電気信号を、円柱導体２２０２に印加することができる。
【０３７８】
例えば、図８０、図８１、図８２による３信号を、シリンダ２２０２に対して順次に印加できる。これに代わって、図８７、図８１、図８７による３信号をシリンダ２２０２に対して順次に印加してもよい。あるいはまた、図８７、図８８、図８２による３信号をシリンダ２２０２に対して順次に印加することもできる。
【０３７９】
次に、図９１乃至図９３を参照して、本発明の典型的な実施形態による流量センサー２３００を説明する。
【０３８０】
図９１は、支持部２３０１を備えた流量センサー２３００を示し、該支持部には屈曲可能な物体２３０２が固定されている。支持部２３０１と屈曲可能な物体２３０２との接続領域には、磁気的にエンコードされた領域２３０３が設けられる。この磁気的にエンコードされた領域２３０３には、ＰＣＭＥ技術に従ってエンコードを行うことができる。
【０３８１】
図９２に示すように、流体（例えば、液体又は気体）は流量センサー２３００を通り、これを矢印２４００で示しているが、屈曲可能な物体２３０２は流体の流れによって引き起こされる機械的な力で曲げられる。その結果、曲げ力によって引き起こされる機械的な応力２４０１が、磁気的にエンコードされた領域２３０３に生じる。
【０３８２】
この応力２４０１は、磁気的にエンコードされた領域２３０３の近傍に設けられた磁場検出器（例えば、図示しない１つ以上のコイル）によって測定できる。受信した信号から、流体の流量を推定できるが、これは曲げ力が流体の流量に対応した測定量であることによる。
【０３８３】
図９２の屈曲可能な物体２３０２は薄肉部を有し、該部分が磁気的にエンコードされた領域２３０３に接続されている。また、屈曲可能な物体２３０２の端部において該物体は厚肉部を有し、この端部が、流れている流体と機能的に接触する。薄肉部によって、流れが遅い場合でも曲げが可能となり、肉厚の端部が、流れている流体との充分な相互作用をもたらす。代替の実施形態では、厚肉部及び薄肉部を、基本的に矩形状をした（板状又は舌状部のような）プレートで置換できる。そのような構成によって、磁気的にエンコードされた領域２３０３に接続されるロバストな部分に起因する安定性と、面積の大きな（帆状）の端部に起因する高い検出感度の両方が与えられる。
【０３８４】
そのような流量計を用いて、流れている流体から生じる小さな力を測定することができる。そのような測定に関連する小さなセンサー信号は、次の処理を行う前に、電気的に増幅する必要がある。流体の流量を明らかにすることから離れると、同様の配置を用いてチューブ内の圧力を測定することもできる。分解能又は精度を２０Ｐａ以下とすることができる。測定可能な圧力値の範囲は、１０バール（１ＭＰａ）又はそれ以上の値までとされる。
【０３８５】
平面に作用する如何なる種類の応力をも検出することができる。例えば、チューブ内の力分布を、そのような測定によって監視して特性を明らかにすることができる。また、航空機の揚力をそのような測定によって監視して特性を明らかにすることができる。
【０３８６】
図９３は、液体２５００が流れるチューブやパイプ２５０１を含めた、システム全体を示す。このように、本発明の一態様は、曲げセンサーシステムについての解決策である。
それは、任意の環境において加えられる曲げ力を検出して測定する磁歪原理に基づく、非接触の概念実証済み曲げ検出センサーの解決策として得られる。典型的な適用例は工業的なフォローメータのシャフトである。
【０３８７】
第一の作業は、「大スケール」の流量メータモジュールにおける非接触曲げ測定に必要な特定の部品及びモジュールの設計、機械加工、組み込みである。概念実証（ＰＯＣ）システムによる解決策は信号調整及び信号処理（ＳＣＳＰ）用電子装置を含み、これはアナログ信号出力をもつ。大スケールのＰＯＣ曲げセンサーは、この特定用途において、磁歪原理に基づく曲げセンサーの検出感度をテストするために使用できる。
【０３８８】
第二の作業は、対象となる流量メータ設計のための実スケールでの曲げセンサーシステムである。
【０３８９】
「大スケール」流量センサーシステム２３００の主要な構成要素は、具体的に設計されたビーム２３０２であり、これは孔を通してパイプ２５０１の中心部に位置される。このパイプ２５０１を通って流れる液体２５００は、ビーム２３０２の周囲を流れる際に、物理的な抵抗を受けることになる。液体の粘度が大きく、また液体がパイプ２５０１を通って流れるときの速度が大きいほど、ビーム２３０２に作用する曲げ力が大きくなる。
【０３９０】
ビーム２３０２に作用する曲げ力の測定に最適な場所は、ビーム取り付けプレート２３０１の上面であると考えられる。ビーム２３０２及びビーム取り付けプレート２３０１の使用材料については、所望の磁気特性をもつことが好ましい。「大スケール」ＰＯＣ流量センサーシステム設計における１つの局面は、ビーム２３０２の上端部又はその近傍、あるいはビーム取り付けプレート２３０１を形成する薄膜において、非接触での最適な検出位置を特定することである。
【０３９１】
測定するビーム２３０にかかる曲げ力によって、ビーム取り付けプレート２３０１にて非常に特殊な応力パターンが生じることになる。
【０３９２】
「大スケール」モデルを重視することの主な利点は、テストを行い設計を修正して、より小規模の設計にするのが容易であることや、結果として得られるシステム全体のコストがより少なくなることである。
【０３９３】
しかし、この技術を「実スケール」の流量センサー設計に適用することもまた可能である。
【０３９４】
ＰＯＣは、以下の項目の少なくとも一部を備えることができる。
−  磁気的にエンコードされたセンサーホスト（シャフト）、所謂一次側（プライマリ）センサー。
−  接続用ケーブルを用いた、２次側センサーユニット（ＭＦＳコイルホルダ）。
−  信号調整及び信号処理用電子装置。
−  オプション：  データ記録計。
−  オプション：  オペレーティングシステム、ソフトウェア。
【０３９５】
一次側センサーに関して、センサー技術は伝動シャフトの磁気特性を利用する。磁気エンコーディングが伝動シャフトに与えられた後で、シャフトは任意の所望の回転速度をもって自由に回転できる。伝動シャフトの機械的性質は何ら変わらないままであり、適用上の典型的な応力が伝動シャフトに対して与えられる。
【０３９６】
磁歪センサーを首尾よく伝動シャフトに適用するために、（軸方向の）特定の長さをもった一様な部分が伝動シャフトに位置し、該シャフトに上記したエンコード処理の１つを用いて、磁気的なエンコードを施すことができる。
【０３９７】
必要な軸方向の間隔は複数の要因に依存し、限定しないがこの要因には、対象となるセンサーの性能、エンコード領域の近辺に位置した強磁性デバイスの近さ、望ましくない磁気源からの予想される干渉が挙げられる。
【０３９８】
二次側センサーについては、ＭＦＳ（磁場検出）コイルが使用され、ＭＦＳコイルホルダに位置するか又はこれに嵌合される。ＭＦＳコイルホルダ自体はまたＳＳＵとも称する。ＭＦＳコイルホルダの材料は、一次側センサーからの磁気信号と干渉しないことが望ましい。好ましくは、磁気特性をもたない合成樹脂材料を用いることである。あるいは、アルミニウム又は非磁性の鋼鉄を使用できる。
【０３９９】
二次側センサー（ＭＦＳコイルホルダ）とＳＣＳＰ電子装置との間の配線長は、約２メートルを超えないようにすべきである。一般に、二次側センサーユニット。
【０４００】
環境条件によっては信号遮蔽を設ける必要がある。そのような遮蔽機能は、ＭＦＳコイルホルダ及び／又はＳＣＳＰ電子装置及びシステム配線において実施される。
【０４０１】
ＳＣＳＰ電子装置のインターフェースについては、この電子装置をアナログ出力信号インターフェースとともに供給することができる。ＳＣＳＰ電子装置の内部電源（Ｖｃｃ）は＋５．００ボルトである。そこで出力信号の範囲はＶｃｃに対してレイルトゥレイルとされる。通常の状況では、「ゼロ」信号出力電圧がＶｃｃの２分の１である（ほぼ＋２．５０ボルト）。
【０４０２】
アナログ出力信号は、標準データ取得インターフェースシステムに直接伝送するために保護されて、該伝送に好適とされる。ＳＣＳＰオンボードの５．００Ｖ基準電圧を用いる場合に、出力信号は「絶対」値であり、システムの供給電圧が（特定の限界内、例えば＋６．５Ｖから＋１６Ｖ内で）上下に変動しても、変化しない。しかし、調整された＋５Ｖ電源がＳＣＳＰ電子装置の内部電源システムに対して直接適用される場合に、「ゼロ」信号は、レシオメトリックに振舞う。その意味するところは、＋５Ｖ電源の変化がアナログ出力信号にて比例的に認められることである。
【０４０３】
任意選択的に、データ記録計システムが装備され、これは適用上での特定の要求を満たす。データ記録計システムの主要な機能は、二次側センサーＳＣＳＰ電子装置によって特定時間内に生成される測定結果についてバッファリング及び記録保存を行うことである。このデータ記録計は充電可能な電池によって電源供給を受ける。本システムについては、特定のケーシングへの組み込みのために用意された組み立て及びテスト済のＰＣＢ（プリント回路基板）の形態で供給でき、またデータ記録計は、それ自身の防水及び汚損防止用のハウジング内で完全に組み上がったシステムとして供給することができる。
【０４０４】
データ記録計のデータ記録処理を起動した後で、データ記録計は、接続したＳＣＳＰ電子装置からの測定値を連続的に記録して保存する。記録動作を中断させ、あるいは記録モードを終了させる時期（オンボード上での最大データ記憶容量に達した場合）をシステムに決定させることができる。
【０４０５】
システム仕様に応じて、データ記録計のオンボードストレージ機能で蓄えられた情報は、ウィンドゥ操作のＰＣ（パーソナルコンピュータ）又はラップトップ型システムへとダウンロードできる。このデータ伝送についてはワイヤー接続（ＲＳ２３２ｃ、シリアルインターフェース）としてもよく、またワイヤレスで行ってもよい。ＰＣやラップトップ機を接続する場合に、センサーシステムの設定を変更するといった選択肢もある。
【０４０６】
必要ならば、標準的なコントロール又は高度なデータ処理ソフトウェアを搭載することができる。そのようなソフトウェアはカスタムＳＣＳＰ電子装置のボード又はデータ記録計に対して書かれたものである。多くの場合、ソフトウェア機能は特定の信号処理機能（フィルタリングや信号パターン解析等）であり、またユーザがプログラム可能なシステムコントロール機能である。
【０４０７】
潜在的な漂遊磁場の干渉（例えば、近くの電気モータ）は、センサー部品又はモジュールの幾つかを追加の磁気遮蔽で保護する必要を生じさせる。
【０４０８】
本センサーシステムの仕様を以下に示す。
【表２】
2008537323.tif 000004
【０４０９】
本発明の典型的な実施形態によると、一連の手順、つまり低周波数で大振幅の消磁信号を印加することによって、磁化可能な物体を（完全に）消磁し、消磁した磁化可能な物体を磁化させ、高周波数で小振幅の消磁信号を印加することによって、磁化可能な物体を（部分的に）消磁することが提示される（図８０乃至図８２参照）。
【０４１０】
第二消磁ステップでは、周波数「ｆ」が小さ過ぎないことが望ましく、それは物体内の深い領域にまで磁場が侵入し過ぎないように回避するためである。同様の理由で、強度及び振幅が大き過ぎないことが望ましい。これにより、厄介なヒステリシス効果を抑制し又は排除できる。
【０４１１】
更に（第二の）消磁については、測定中又は測定を行う直前において恒久的に実行できる。例えば、単層消磁コイルを物体の周囲にきつく捲き付けて配置することが挙げられ、該コイルを測定直前の所定の時間に亘って駆動するか、又はこれを継続的に駆動する。このような消磁コイルは、トルク依存性をもつ磁気信号を測定するための配置される１つ以上の測定コイルに追加して設けることができる。
【０４１２】
この単層消磁コイルを物体の周囲にきつく巻装する場合に、実際の測定を開始する少し前に、トルクをかけて第二消磁を行うことができる。この測定によって、従来からヒステリシス効果をもたらすとされる個々のウェイス（Ｗｅｉｓｓ）領域を、強制的に修正された配向にすることができるものと現在考えられている。換言すれば、高周波数及び小振幅の信号を印加することによって、上記のような分布をもつウェイス（Ｗｅｉｓｓ）領域が基本的に統計的な配向へと変えられ、これより望ましくないヒステリシス効果が抑制される。
【０４１３】
図９４は、回転可能とされる、磁化可能なシャフト９４００の構成を示す。更に、図９４では、ヒステリシス抑制用の消磁コイル９４０１及び２つの測定コイル９４０２を示している。
【０４１４】
図９５は、横軸９５０１をもつ線図９５００を示し、該横軸に沿って消磁周波数「ｆ」及び消磁強度「Ｉ」をプロットしている。また座標軸９５０２に沿って、抗ヒステリシス効率「Ｅ」をプロットしている。図９５から分かるように、高効率Ｅは、充分に大きなｆ及び充分に小さいＩで得られる。
【０４１５】
「備える」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、また「１つの」は複数を除外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】
【０４１６】
【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’線に沿った断面図である。
【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図である。
【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、磁束線がその初め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更に説明するための別の概略図を示す。
【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を示す。
【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を示す。
【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を示す。
【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電流密度を持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の断面図を示す。
【図３４Ａ】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って達成される間隔を示す図である。
【図３４Ｂ】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って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重磁場の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】モーターのギア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ニット組み立てについて、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６８】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図６９】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７０】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７１】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７２】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７３】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７４】本発明の実施形態によるシャフトの磁化を調整する方法において磁化可能なシャフトを示す図である。
【図７５】本発明の第一実施形態による、シャフトの磁化を調整するためのアレイ装置を示す図である。
【図７６】本発明の第二実施形態による、シャフトの磁化を調整するためのアレイ装置を示す図である。
【図７７Ａ】本発明の第三実施形態による、シャフトの磁化を調整するためのアレイ装置を示す図である。
【図７７Ｂ】本発明の第三実施形態による、シャフトの磁化を調整するためのアレイ装置を示す図である。
【図７７Ｃ】本発明の第四実施形態による、シャフトの磁化を調整するためのアレイ装置を示す図である。
【図７８Ａ】本発明を説明するための仕組みを示す図である。
【図７８Ｂ】本発明を説明するための仕組みを示す図である。
【図７８Ｃ】本発明を説明するための仕組みを示す図である。
【図７９】本発明による典型的な一実施形態による、シャフトを磁化するためのアレイ装置を示す図である。
【図８０】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示す。
【図８１】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示す。
【図８２】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示す。
【図８３】本発明による典型的な一実施形態による、シャフトを磁化するためのアレイ装置を示す図である。
【図８４】本発明による典型的な一実施形態による、シャフトを磁化するためのアレイ装置を示す図である。
【図８５】磁化したシャフトの概略的な断面図である。
【図８６】発明による典型的な一実施形態によって磁化された磁化シャフトの概略的な断面図である。
【図８７】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示しており、図８０又は図８２による電流対時間図の代替を示す。
【図８８】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示しており、図８１による電流対時間図の代替を示す。
【図８９】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化する方法に従う電流対時間図を示しており、図８１による電流対時間図の代替を更に示す。
【図９０】本発明の典型的な一実施形態による、シャフトを磁化するためのアレイ装置を示す図である。
【図９１】本発明の典型的な一実施形態による流量センサーを示す図である。
【図９２】本発明の典型的な一実施形態による流量センサーを示す図である。
【図９３】本発明の典型的な一実施形態による流量センサーを示す図である。
【図９４】センサーデバイスに配置する消磁コイルを示す図である。
【図９５】図９４の消磁コイルの動作状態に応じたヒステリシス抑制について示す図である。
【図１】
2008537323.tif 000005
【図２Ａ】
2008537323.tif 000006
【図２Ｂ】
2008537323.tif 000007
【図３Ａ】
2008537323.tif 000008
【図３Ｂ】
2008537323.tif 000009
【図４】
2008537323.tif 000010
【図５】
2008537323.tif 000011
【図６】
2008537323.tif 000012
【図７】
2008537323.tif 000013
【図８】
2008537323.tif 000014
【図９】
2008537323.tif 000015
【図１０Ａ】
2008537323.tif 000016
【図１０Ｂ】
2008537323.tif 000017
【図１１】
2008537323.tif 000018
【図１２】
2008537323.tif 000019
【図１３】
2008537323.tif 000020
【図１４】
2008537323.tif 000021
【図１５】
2008537323.tif 000022
【図１６】
2008537323.tif 000023
【図１７】
2008537323.tif 000024
【図１８】
2008537323.tif 000025
【図１９】
2008537323.tif 000026
【図２０】
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【図２１】
2008537323.tif 000028
【図２２】
2008537323.tif 000029
【図２３】
2008537323.tif 000030
【図２４】
2008537323.tif 000031
【図２５】
2008537323.tif 000032
【図２６】
2008537323.tif 000033
【図２７】
2008537323.tif 000034
【図２８】
2008537323.tif 000035
【図２９】
2008537323.tif 000036
【図３０】
2008537323.tif 000037
【図３１】
2008537323.tif 000038
【図３２】
2008537323.tif 000039
【図３３】
2008537323.tif 000040
【図３４Ａ】
2008537323.tif 000041
【図３４Ｂ】
2008537323.tif 000042
【図３５】
2008537323.tif 000043
【図３６】
2008537323.tif 000044
【図３７】
2008537323.tif 000045
【図３８】
2008537323.tif 000046
【図３９】
2008537323.tif 000047
【図４０】
2008537323.tif 000048
【図４１】
2008537323.tif 000049
【図４２】
2008537323.tif 000050
【図４３】
2008537323.tif 000051
【図４４】
2008537323.tif 000052
【図４５】
2008537323.tif 000053
【図４６】
2008537323.tif 000054
【図４７】
2008537323.tif 000055
【図４８】
2008537323.tif 000056
【図４９】
2008537323.tif 000057
【図５０】
2008537323.tif 000058
【図５１】
2008537323.tif 000059
【図５２】
2008537323.tif 000060
【図５３】
2008537323.tif 000061
【図５４】
2008537323.tif 000062
【図５５】
2008537323.tif 000063
【図５６】
2008537323.tif 000064
【図５７】
2008537323.tif 000065
【図５８】
2008537323.tif 000066
【図５９】
2008537323.tif 000067
【図６０】
2008537323.tif 000068
【図６１】
2008537323.tif 000069
【図６２】
2008537323.tif 000070
【図６３】
2008537323.tif 000071
【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６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７Ａ】
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【図７７Ｂ】
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【図７７Ｃ】
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【図７８Ａ】
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【図７８Ｂ】
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【図７８Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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