(57)【要約】  本発明は、逆磁歪効果を利用して、軸線（０３）上に延在する機械要素（０１）における力および／またはモーメント（Ｍｔ）を測定するためのシステムに関する。機械要素（０１）は、周囲部において軸線（０３）まわりに延在する少なくとも２つの磁化領域（０４，０５）を、磁化のために有する。機械要素（０１）はさらに、磁気的に中性の領域も有し、磁気的に中性の領域はそれぞれ、軸方向において磁化領域（０４，０５）間に、および／または、軸方向において磁化領域（０４，０５）の隣に位置する。システムはさらに、少なくとも、第１の磁界センサ（１１）、第２の磁界センサ（１２）および第３の磁界センサ（１３）を備えており、各磁界センサ（１１，１２，１３）はそれぞれ、磁化と力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の１つの方向成分を個別に測定するために構成されており、かつ、それぞれ異なる軸方向位置に設けられている。本発明では第３の磁界センサ（１３）は、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線（０３）上に延在する機械要素（０１）における力および／またはモーメント（Ｍｔ）を測定するためのシステムであって、
前記機械要素（０１）は、周囲部において前記軸線（０３）まわりに延在する少なくとも２つの磁化領域（０４，０５，０６）を、磁化のために有し、
前記機械要素（０１）はさらに、磁気的に中性の領域も有し、該磁気的に中性の領域はそれぞれ、軸方向において前記磁化領域（０４，０５，０６）間に、および／または、軸方向において前記磁化領域（０４，０５，０６）の隣に位置し、
前記システムはさらに、少なくとも、第１の磁界センサ（１１）、第２の磁界センサ（１２）および第３の磁界センサ（１３）を備えており、
前記各磁界センサ（１１，１２，１３）はそれぞれ、前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の１つの方向成分を個別に測定するために構成されており、かつ、それぞれ異なる軸方向位置に設けられており、
前記第３の磁界センサ（１３）は、前記磁気的に中性の領域のうち１つの磁気的に中性の領域の軸方向位置に設けられている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の、前記磁界センサ（１１，１２，１３）によって測定され得る方向成分は、軸方向成分であり、
前記第１の磁界センサ（１１）は前記第１の磁化領域（０４）の軸方向位置に設けられており、
前記第２の磁界センサ（１２）は前記第２の磁化領域（０５）の軸方向位置に設けられている、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の磁化領域（０４）と前記第２の磁化領域（０５）とは、同一の極性を有し、
前記第３の磁界センサ（１３）が位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において、前記第１の磁化領域（０４）と前記第２の磁化領域（０５）との間に位置し、
前記システムはさらに、少なくとも、前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサ（１４）を備えている、
請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の磁化領域（０４）の極性と前記第２の磁化領域（０５）の極性とは逆向きであり、
前記第３の磁界センサ（１３）が位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において前記両磁化領域（０４，０５）の隣に位置し、
前記システムはさらに、少なくとも、前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサ（１４）を備えている、
請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の、前記磁界センサ（１１，１２，１３）によって測定され得る方向成分は、径方向成分であり、
前記第１の磁界センサ（１１）は、前記磁気的に中性の領域のうち１つの磁気的に中性の領域の軸方向位置に設けられており、
前記第２の磁界センサ（１２）は、前記磁気的に中性の領域のうち１つの磁気的に中性の領域の軸方向位置に設けられている、
請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の磁化領域（０４）の極性と前記第２の磁化領域（０５）の極性とは逆向きであり、
前記第３の磁界センサ（１３）が位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において前記両磁化領域（０４，０５）の隣に位置し、
前記システムはさらに、少なくとも、前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサ（１４）を備えている、
請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記機械要素（０１）はさらに、周囲部において前記軸線（０３）まわりに延在する第３の磁化領域（０６）を、磁化のために有し、
前記第１の磁化領域（０４）と前記第３の磁化領域（０６）とは、同一の極性を有し、かつ前記極性は、軸方向において前記第１の磁化領域（０４）と前記第３の磁化領域（０６）との間に位置する前記第２の磁化領域（０５）の極性に対して逆向きであり、
前記第３の磁界センサ（１３）が位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において前記３つの磁化領域（０４，０５，０６）の隣に位置し、
前記システムはさらに、少なくとも、前記磁化と前記力および／またはモーメント（Ｍｔ）とによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサ（１４）を備えている、
請求項５記載のシステム。
【請求項８】
前記磁化領域（０４，０５，０６）は永久磁化されており、前記磁化は永久磁化によってなされる、請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
前記磁化領域（０４，０５，０６）は、前記軸線（０３）まわりに環状に設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
前記磁界センサ（１１，１２，１３，１４）から前記軸線（０３）までの各距離は等しい、請求項１から９までのいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３つの磁界センサを用いて、逆磁歪効果を利用して、軸線上に延在する機械要素における力および／またはモーメントを測定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２０１２／０２９６５７７号明細書から、周囲部が磁化された要素における力を測定するように構成された磁気弾性力センサが公知である。
【０００３】
米国特許第５３２１９８５号明細書には磁歪式トルクセンサが記載されており、このトルクセンサは、シャフトの外表面に磁歪層を設けて励磁コイルおよび検出コイルに対向するように位置決めしたものである。シャフトに作用するトルクは、磁歪層に材料応力を生じさせ、かかる材料応力によって磁歪層の比透磁率が方向に依存して変化する。磁歪層から生じる磁界を、検出コイルによって測定することができる。
【０００４】
ＤＥ  ６９９  ３６  １３８  Ｔ２は磁気式の力センサを記載しており、これは、磁化された材料に曲げモーメントが与えられ、センサシステムを用いてこの磁化された材料の外部磁界を検出できるものである。
【０００５】
ＤＥ  ６０３  ０９  ６７８  Ｔ２からは、シャフトにおけるトルクを検出する方法が公知であり、この方法は、極性が交番する磁界を生成し、センサシステムを用いてこれを測定する、というものである。
【０００６】
米国特許出願公開第２００７／００２２８０９号明細書は、磁歪材料から成る層をシャフトに設けたトルク測定装置を記載している。
【０００７】
米国特許第５０５２２３２号明細書からは、機械要素に２つの周囲磁歪コーティングを施した磁気弾性トルクセンサが公知である。
【０００８】
ＤＥ  ６９８  ３８  ９０４  Ｔ２から、円形磁化によるトルクセンサが公知である。この磁化は、シャフトの強磁性の磁歪材料にてなされ、シャフトまわりに円形に延在する。
【０００９】
ＤＥ  ６９２  ２２  ５８８  Ｔ２から、環状磁化型のトルクセンサが公知である。
【００１０】
国際公開第２００７／０４８１４３号は、磁化されたシャフトを用いるセンサを記載している。
【００１１】
国際公開第０１／２７６３８号には、周囲部または長手方向に磁化されたシャフトを用いる加速度センサが記載されている。
【００１２】
国際公開第２００６／０５３２４４号からは、回転シャフトにおける磁化を含むトルクセンサが公知である。この磁化は周囲部になされている。
【００１３】
米国特許第８１９１４３１号明細書は、磁化されたシャフトを用いるセンサシステムを記載している。
【００１４】
欧州特許第２３６５９２７号明細書は、２つのペダルクランクと１つのチェーンリングキャリアとを備えたボトムブラケットを記載しており、チェーンリングキャリアはボトムブラケットのシャフトに接続されている。チェーンリングキャリアはチェーンリングシャフトに相対回動不能に結合されており、チェーンリングシャフトはシャフトに相対回動不能に結合されている。チェーンリングシャフトは局所的に磁化を示すものである。磁化の領域にトルクが生じているときの磁化の変化を検出するセンサが設けられている。
【００１５】
米国特許第６４９０９３４号明細書は、磁気弾性で働く強磁性の磁歪領域を含む要素に加わったトルクを測定するための磁気弾性トルクセンサを記載している。かかる領域は、円柱形のスリーブとしてたとえばシャフトに嵌められる測定トランスデューサに設けられている。トルクセンサはこの測定トランスデューサに対向する。
【００１６】
欧州特許第０８０３０５３号明細書からは、磁気弾性測定トランスデューサを備えたトルクセンサが公知である。この測定トランスデューサは、円柱形のスリーブとしてシャフトに嵌められている。
【００１７】
米国特許第８８９３５６２号明細書は、磁気弾性シャフトにおいてトルクを測定するときのノイズ磁界を識別する方法を記載している。ここでは２つの信号を測定し、第２の信号はノイズ磁界に相当するものであり、これは第１の信号から減算される。
【００１８】
米国特許第８００１８４９号明細書には、磁気弾性トルク測定のためのシステムが記載されており、このシステムでは、外部磁界の作用を補償することを課題としている。このシステムは、シャフトの磁化領域と、少なくとも１つのパッシブ型の磁界センサと１つのアクティブ型の磁界センサとを備えている。パッシブ型磁界センサは、磁化領域の両側に配置することができる。
【００１９】
米国特許出願公開第２０１１／０１６２４６４号明細書には、磁気弾性トルク測定のためのシステムが記載されており、このシステムでは、一様磁界および非一様磁界の作用を補償することを課題としている。このシステムは、シャフトの磁化領域と、少なくとも３つの磁界センサとを備えている。第２の磁界センサおよび第３の磁界センサは、磁化領域の隣に配置することができる。
【００２０】
米国特許第８０８７３０４号明細書は、シャフトに作用するトルクを測定するための磁気弾性トルクセンサを記載しており、シャフトは周囲部に、１つまたは複数の磁化部を有する。米国特許第８０８７３０４号明細書の図１２には、周囲部に１つの磁化部のみを有する実施形態が示されており、２つの１次磁界センサは磁化部の領域内に、２つの２次磁界センサは磁化部の領域の隣に配置されている。米国特許第８０８７３０４号明細書の図１８には、極性の向きが交番している２つの磁化部を周囲部に有する実施形態であって、かつ、複数の磁界センサを軸方向における両磁化部間の接続部に配置している実施形態が示されている。米国特許第８０８７３０４号明細書の図８には、極性の向きが交番している３つの磁化部を周囲部に有する実施形態が示されており、各磁界センサはそれぞれ、これら３つの磁化部の領域のうちいずれか１つに配置されている。磁界センサのかかる特別な配置により、ノイズ磁界の影響が解消される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の課題は、上記従来技術に基づき、逆磁歪効果に基づく力および／またはモーメントの測定においてノイズ磁界を低減する手段を拡張することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題は、添付の請求項１に記載のシステムによって解決される。
【００２３】
本発明のシステムは、軸線上に延在する機械要素における力および／またはモーメントを測定するために供されるものである。この力またはモーメントが機械要素に作用することによって機械的応力が生じ、機械要素は大抵は僅かに変形する。軸線は有利には、機械要素の回転軸線である。
【００２４】
機械要素は、周囲部において軸線まわりに延在する少なくとも２つの磁化領域であって、該機械要素において磁化を発生させるための磁化領域を有する。よって、これらは、軸線を包囲する少なくとも２つの磁化領域すなわち円形の磁化領域であり、その際に有利なのは、軸線自体は磁化領域の一部を構成しないことである。磁化領域は、機械要素の、軸線まわりに延在する表面に対して接線方向の向きを示す。有利には、磁化領域は、機械要素の、軸線まわりに延在する表面に対して接線方向の向きのみを示す。磁化領域は、有利には、軸線まわりの閉じた経路に沿って延在する。その際に、磁化領域は短いギャップを有することができる。各磁化領域はそれぞれ、力またはモーメントを検出するための１次センサを構成する。磁化領域は、有利には、等しい空間的広がりを有する。有利には、各磁化領域はそれぞれ、機械要素の軸方向の各区間に設けられている。
【００２５】
機械要素はさらに、軸方向において機械要素の磁化領域間に、および／または、軸方向において機械要素の磁化領域の隣にそれぞれ位置する磁気的に中性の領域も有する。機械要素は、この磁気的に中性の領域のうち少なくとも１つを有する。磁気的に中性の領域は永久磁化を示さず、また、システムはこの磁気的に中性の領域を一時的に磁化するようにも構成されていない。もちろん、不所望のノイズ磁界によって、磁気的に中性の領域に一時的な磁化が生じることはあり得る。磁気的に中性の領域は、有利には磁化されていない。有利には、各磁気的に中性の領域はそれぞれ、機械要素の軸方向の一区間に設けられている。
【００２６】
システムは、さらに少なくとも、第１の磁界センサと、第２の磁界センサと、第３の磁界センサとを備えており、これらはそれぞれ、力またはモーメントを検出するための２次センサを構成する。１次センサすなわち磁化領域は、測定対象の力または測定対象のモーメントを、対応する磁界に変換するためのものであるのに対し、２次センサはこの磁界を電気信号に変換するためのものである。第１の磁界センサ、第２の磁界センサおよび第３の磁界センサはそれぞれ、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の１つの方向成分を個別に測定するために構成されている。上記の磁界は、逆磁歪効果に基づいて生じるものである。よって、本発明のシステムによって実現される測定は、逆磁歪効果に基づく。
【００２７】
磁界センサは機械要素に対向して配置される。ここで有利なのは、磁界センサと機械要素の内表面または外表面との間に僅かな径方向距離のみが存在することである。第１の磁界センサ、第２の磁界センサおよび第３の磁界センサは、それぞれ異なる３つの軸方向位置に設けられている。第１の磁界センサ、第２の磁界センサおよび第３の磁界センサの各軸方向位置には、磁化領域のうちそれぞれ１つまたは磁気的に中性の領域のうちそれぞれ１つが設けられている。すなわち、機械要素は基本的に、これらの軸方向位置に設けられている。
【００２８】
本発明では、第３の磁界センサは、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。よって、第３の磁界センサは径方向においてどの磁化領域の隣にも配置されず、径方向において、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の隣に配置される。磁気的に中性の領域は、軸方向において、磁化領域のうち２つの間に位置するもの、または、軸方向において磁化領域の隣に位置するものとすることができる。
【００２９】
本発明のシステムの格別な利点は、種々の実施形態においてノイズ磁界を確実に低減できることである。
【００３０】
少なくとも２つの磁化領域は、永久磁化されたもの、または一時的に磁化されたものとすることができる。本発明の有利な一実施形態のシステムでは、磁化領域は永久磁化されており、磁化は永久磁化によってなされる。これに代わる本発明の他の有利な実施形態のシステムでは、システムはさらに、磁化領域を磁化するための少なくとも１つの磁石を備えており、磁化領域の磁化は基本的に一時的である。この少なくとも１つの磁石は、永久磁石により構成することができ、または有利には電磁石により構成することができる。
【００３１】
有利には、機械要素が力またはモーメントにより荷重されていない状態では、磁化領域外部において技術的に関連する磁界が測定されることがないように、この永久磁化または一時的に磁化された磁化領域は、磁化領域外部に向かう方向において磁気的に中性である。
【００３２】
各磁化領域はそれぞれ、機械要素の体積の一部である。各磁化領域は、有利にはそれぞれ環状に形成されており、機械要素の軸線は各環状形状の中心軸でもある。特に有利には、各磁化領域はそれぞれ、機械要素の軸線と同軸の中空円柱の形状を有する。
【００３３】
磁界センサによって測定可能な方向成分は、有利には、軸線に対して平行な方向すなわち軸方向と、軸線に対して径方向の方向すなわち径方向との方向群から選択されたものである。
【００３４】
基本的に、本発明のシステムは、有利には３つより多くの磁界センサを備えており、特に有利には４つまたは８つの磁界センサを備えている。有利には、少なくとも３つの各磁界センサと機械要素の軸線との距離は等しい。基本的に、少なくとも３つの磁界センサは機械要素外部に配置することができ、または、たとえば機械要素が中空シャフトである場合には、少なくとも３つの磁界センサを機械要素の中空スペース内部に配置することもできる。
【００３５】
有利には、各磁化領域はそれぞれ高い磁歪性を有する。
【００３６】
有利には、各磁化領域は軸方向に互いに離隔されており、２つの隣り合う磁化領域間にそれぞれ、磁気的に中性の領域のうち１つが位置する。２つより多くの磁化領域が設けられている場合、有利には、磁化領域相互間の各距離は等しい。
【００３７】
機械要素は有利には角柱または円柱の形状を有し、角柱または円柱は軸線と同軸に配置されている。角柱または円柱は、有利には直柱体である。特に有利には、機械要素は直柱の正円柱の形状を有し、この正円柱は軸線と同軸に配置されている。特定の実施形態では、角柱または円柱は錐体状に形成されている。角柱または円柱は、中空体とすることもできる。
【００３８】
機械要素は有利には、シャフト、中空シャフト、シフトフォークまたはフランジにより構成される。シャフト、シフトフォークまたはフランジは、種々の力やモーメントによる荷重に対応する構成とすることができ、たとえば、センサボトムブラケット、ロールスタビライザまたは肥料散布器の一構成要素とすることができる。基本的に機械要素は、完全に異なる種類の機械要素によって構成することもできる。
【００３９】
少なくとも３つの各磁界センサは、有利には、それぞれ半導体センサにより構成される。またこれに代えて、少なくとも３つの磁界センサを、ホールセンサ、コイル、フェルスタープローブまたはフラックスゲート磁力計により構成することも有利である。基本的に、逆磁歪効果により生じる磁界の個々の方向成分を測定するために適したものであれば、他の種類のセンサを用いることも可能である。
【００４０】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態では、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の、磁界センサによって測定され得る方向成分は、軸方向成分である。かかる磁界センサによって、磁化と力および／またはモーメントによって生じる磁界の軸方向成分のみを測定することが可能になる。第１群の有利な実施形態では、第１の磁界センサは第１の磁化領域の軸方向位置にあり、かつ、第２の磁界センサは第２の磁化領域の軸方向位置にある。よって第１の磁界センサは、第１の磁化領域が設けられている軸方向位置にあり、かつ第２の磁界センサは、第２の磁化領域が設けられている軸方向位置にある。したがって、第１の磁界センサは径方向において第１の磁化領域の隣に配置されており、かつ第２の磁界センサは、径方向において第２の磁化領域の隣に配置されている。
【００４１】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態では、システムは有利にはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサも備えている。第４の磁界センサは、有利には、第１の磁界センサと同一の軸方向位置、第２の磁界センサと同一の軸方向位置、または、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置される。
【００４２】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態では、周囲部において軸線まわりに延在する第１の磁化領域の極性と、周囲部において軸線まわりに延在する第２の磁化領域の極性とは、有利には同一である。すなわち、両磁化領域の回転方向は同一である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において、第１の磁化領域と第２の磁化領域との間に位置する。よって、第３の磁界センサも、軸方向においてこれら２つの磁化領域間に配置されている。
【００４３】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態のうち第１の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサも備えている。第４の磁界センサは、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第３の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第３の磁界センサと第４の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第１の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは同一である。すなわち、両磁化領域の回転方向は同一である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向においてこれら２つの磁化領域間に位置する。よって、第３の磁界センサも、軸方向においてこれら２つの磁化領域間に配置されている。
【００４４】
第１の実施形態では、第１の磁界センサは軸線を基準として第２の磁界センサと、有利には反対側に配置されている。したがって、軸線における第１の磁界センサと第２の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００４５】
第１の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第３の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第２の磁界センサの接線位置と第４の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００４６】
第１の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサおよび第２の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和と、第３の磁界センサおよび第４の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の軸方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００４７】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態のうち第２の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分をそれぞれ個別に測定するように構成された第４の磁界センサ、第５の磁界センサ、第６の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサも備えている。第２の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは同一である。すなわち、両磁化領域の回転方向は同一である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向においてこれら２つの磁化領域間に位置する。よって、第３の磁界センサも、軸方向においてこれら２つの磁化領域間に配置されている。
【００４８】
第２の実施形態では、第４の磁界センサは有利には、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第３の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第３の磁界センサと第４の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００４９】
第２の実施形態では、第５の磁界センサは有利には、第１の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第１の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第５の磁界センサと第１の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００５０】
第２の実施形態では、第６の磁界センサは有利には、第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第２の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第６の磁界センサと第２の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００５１】
第２の実施形態では、第７の磁界センサは第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。第７の磁界センサは少なくとも、磁気的に中性の領域のうち、第３の磁界センサも配置されている軸方向位置にある領域の軸方向位置に配置されている。第７の磁界センサは有利には、第３の磁界センサの隣に配置され、第７の磁界センサの接線位置または径方向位置も、第３の磁界センサの接線位置または径方向位置とほとんど相違しない。
【００５２】
第２の実施形態では、第８の磁界センサは有利には、第７の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第７の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第８の磁界センサと第７の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００５３】
第２の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置と第３の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第７の磁界センサは有利には、第３の磁界センサの直ぐ隣に配置され、第７の磁界センサの接線位置は、第３の磁界センサの接線位置と少なくともほぼ等しい。第７の磁界センサと第３の磁界センサとは、たとえば１つの基板の両面に配置することができる。
【００５４】
第２の実施形態では、第４の磁界センサの接線位置と第５の磁界センサの接線位置と第６の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第８の磁界センサは有利には、第４の磁界センサの直ぐ隣に配置され、第８の磁界センサの接線位置は、第４の磁界センサの接線位置と少なくともほぼ等しい。第８の磁界センサと第４の磁界センサとは、たとえば１つの基板の両面に配置することができる。
【００５５】
第２の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサ、第２の磁界センサ、第５の磁界センサおよび第６の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和と、第３の磁界センサ、第４の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の軸方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００５６】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態では、代替的に、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とを逆向きにすることも有利である。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。かかる場合、第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は有利には、軸方向において磁化領域の隣に位置し、磁気的に中性の領域は、軸方向において上述の複数の磁化領域のうち１つとのみ隣り合う。よって、第３の磁界センサも、軸方向において磁化領域の隣に配置されている。
【００５７】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態のうち第３の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサも備えており、第４の磁界センサは、第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第２の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第４の磁界センサと第２の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第３の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは、有利には逆向きである。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向においてこれらの磁化領域の隣に位置する。よって、第３の磁界センサも、軸方向において磁化領域の隣に配置されている。第２の磁界センサは有利には、軸方向において第１の磁界センサと第３の磁界センサとの間に設けられる。
【００５８】
第３の実施形態では、第１の磁界センサは軸線を基準として第３の磁界センサと、有利には反対側に配置されている。したがって、軸線における第３の磁界センサと第１の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００５９】
第３の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第３の実施形態では、第３の磁界センサの接線位置と第４の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００６０】
第３の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサおよび第３の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和と、第２の磁界センサおよび第４の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の軸方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００６１】
本発明のシステムの第１群の有利な実施形態のうち第４の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分をそれぞれ個別に測定するように構成された第４の磁界センサ、第５の磁界センサ、第６の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサも備えている。第４の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは、有利には逆向きである。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向においてこれらの磁化領域の隣に位置する。よって、第３の磁界センサも、軸方向において磁化領域の隣に配置されている。第２の磁界センサは有利には、軸方向において第１の磁界センサと第３の磁界センサとの間に設けられる。
【００６２】
第４の実施形態では、第４の磁界センサは有利には、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第３の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第４の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００６３】
第４の実施形態では、第５の磁界センサは有利には、第１の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第１の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第５の磁界センサと第１の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００６４】
第４の実施形態では、第６の磁界センサは軸線を基準として第３の磁界センサと、有利には反対側に配置されている。したがって、軸線における第６の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００６５】
第４の実施形態では、第７の磁界センサは第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。少なくとも、第７の磁界センサは第２の磁化領域の軸方向位置に配置されている。第７の磁界センサは第２の磁界センサの隣に配置され、第７の磁界センサの接線位置または径方向位置も、第２の磁界センサの接線位置または径方向位置とほとんど相違しない。
【００６６】
第４の実施形態では、第８の磁界センサは有利には、第７の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第７の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第８の磁界センサと第７の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００６７】
第４の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置と第３の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第７の磁界センサは有利には、第２の磁界センサの直ぐ隣に配置され、第７の磁界センサの接線位置は、第２の磁界センサの接線位置と少なくともほぼ等しい。第７の磁界センサと第２の磁界センサとは、たとえば１つの基板の両面に配置することができる。
【００６８】
第４の実施形態では、第４の磁界センサの接線位置と第５の磁界センサの接線位置と第６の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第８の磁界センサは有利には、第６の磁界センサの直ぐ隣に配置され、第８の磁界センサの接線位置は、第６の磁界センサの接線位置と少なくともほぼ等しい。第８の磁界センサと第６の磁界センサとは、たとえば１つの基板の両面に配置することができる。
【００６９】
第４の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサ、第３の磁界センサ、第４の磁界センサおよび第５の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和と、第２の磁界センサ、第６の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサによって測定され得る軸方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の軸方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の軸方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００７０】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態では、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の、磁界センサによって測定され得る方向成分は、径方向成分である。かかる磁界センサによって、磁化と力および／またはモーメントによって生じる磁界の径方向成分のみを測定することが可能になる。第１の磁界センサは、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。第２の磁界センサも、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。よって第１の磁界センサは、磁気的に中性の領域のうち１つが設けられている軸方向位置に位置する。第２の磁界センサも、磁気的に中性の領域のうち１つが設けられている軸方向位置に設けられている。よって第１の磁界センサは、径方向において、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の隣に配置される。第２の磁界センサも、径方向において、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の隣に配置される。
【００７１】
第２群の有利な実施形態では有利には、軸方向において、磁界センサのうち軸方向に互いに隣接する各２つの磁界センサ間の位置に、磁化領域のうちそれぞれ１つが配置される。よって磁界センサは、軸方向において磁化領域の隣に、磁化領域の両側に設けられる。有利には第２の磁界センサは、磁気的に中性の領域のうち、軸方向において第１の磁化領域と第２の磁化領域との間の位置にある領域の軸方向位置に存在する。第１の磁化領域は有利には、軸方向において第１の磁界センサと第２の磁界センサとの間に設けられる。
【００７２】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態では、周囲部において軸線まわりに延在する第１の磁化領域の極性と、周囲部において軸線まわりに延在する第２の磁化領域の極性とは、有利には逆向きである。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において磁化領域の隣に位置し、磁気的に中性の領域は、軸方向において上述の複数の磁化領域のうち１つとのみ、すなわち有利には第２の磁化領域とのみ隣り合う。第２の磁化領域は有利には、軸方向において第２の磁界センサと第３の磁界センサとの間に設けられる。
【００７３】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態のうち第１の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサも備えている。第４の磁界センサは、第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第２の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第２の磁界センサと第４の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第１の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは異なる。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。
【００７４】
第１の実施形態では、第１の磁界センサは軸線を基準として第３の磁界センサと反対側に配置されている。したがって、軸線における第１の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００７５】
第１の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第３の磁界センサの接線位置と第４の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００７６】
第１の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサおよび第４の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和と、第２の磁界センサおよび第３の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の径方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００７７】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態のうち第２の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分をそれぞれ個別に測定するように構成された第４の磁界センサ、第５の磁界センサ、第６の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサも備えている。第４の磁界センサは、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第３の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第４の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第２の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第２の磁化領域の極性とは異なる。すなわち、両磁化領域の回転方向は逆方向である。
【００７８】
第２の実施形態では、第５の磁界センサは第１の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第１の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第５の磁界センサと第１の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００７９】
第２の実施形態では、第６の磁界センサは第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第２の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第６の磁界センサと第２の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００８０】
第２の実施形態では、第８の磁界センサは第７の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第７の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第８の磁界センサと第７の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００８１】
第２の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置と第３の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第７の磁界センサは有利には、第２の磁界センサの直ぐ隣に配置され、両磁界センサは、同一の磁気的に中性の領域に対向しており、両磁界センサの位置はほぼ同一である。
【００８２】
第２の実施形態では、第４の磁界センサの接線位置と第５の磁界センサの接線位置と第６の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。第８の磁界センサは有利には、第６の磁界センサの直ぐ隣に配置され、両磁界センサは、同一の磁気的に中性の領域に対向しており、両磁界センサの位置はほぼ同一である。
【００８３】
第２の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサ、第３の磁界センサ、第６の磁界センサおよび第８の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和と、第２の磁界センサ、第４の磁界センサ、第５の磁界センサおよび第７の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の径方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００８４】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態では代替的に、機械要素は有利には磁化のために、周囲部において軸線まわりに延在する第３の磁化領域も更に有する。第１の磁化領域と第３の磁化領域とは、有利には同一の極性を有し、すなわち両磁化領域の回転方向は同一であり、かつ、これらは第２の磁化領域の極性に対して逆向きである。第３の磁界センサが位置する軸方向位置にある磁気的に中性の領域は、軸方向において磁化領域の隣に位置し、磁気的に中性の領域は、軸方向において上述の複数の磁化領域のうち１つとのみ、すなわち有利には第３の磁化領域とのみ隣り合う。よって、第３の磁界センサも、軸方向において磁化領域の隣に配置されている。
【００８５】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態のうち第３の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するための第４の磁界センサも備えている。第４の磁界センサも、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。第４の磁界センサは有利には、軸方向において第２の磁界センサと第３の磁界センサとの間に配置され、かつ、軸方向において第２の磁化領域と第３の磁化領域との間に配置されている。第３の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第３の磁化領域の極性とは同一であり、かつ、これらの極性は第２の磁化領域の極性と逆向きである。
【００８６】
第３の実施形態では、第１の磁界センサは軸線を基準として第３の磁界センサと反対側に配置されている。したがって、軸線における第１の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第１の磁界センサは有利には、軸方向において上記３つの磁化領域の隣であって、第３の磁界センサとは反対側の軸方向端部に設けられる。第２の磁界センサは有利には、軸方向において第１の磁化領域と第２の磁化領域との間に設けられる。第４の磁界センサは有利には、軸方向において第２の磁化領域と第３の磁化領域との間に設けられる。
【００８７】
第３の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００８８】
第３の実施形態では、第３の磁界センサの接線位置と第４の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、両磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００８９】
第３の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサおよび第３の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和と、第２の磁界センサおよび第４の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の径方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００９０】
本発明のシステムの第２群の有利な実施形態のうち第４の実施形態では、システムはさらに、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分をそれぞれ個別に測定するように構成された第４の磁界センサ、第５の磁界センサ、第６の磁界センサ、第７の磁界センサおよび第８の磁界センサも備えている。第４の磁界センサ、第５の磁界センサ、第６の磁界センサおよび第７の磁界センサもそれぞれ、磁気的に中性の領域のうち１つの領域の軸方向位置に設けられている。第４の磁界センサは、第３の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第３の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第４の磁界センサと第３の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第３の実施形態では、第１の磁化領域の極性と第３の磁化領域の極性とは同一であり、かつ、これらの極性は第２の磁化領域の極性と逆向きである。
【００９１】
第４の実施形態では、第５の磁界センサは第１の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第１の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第５の磁界センサと第１の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。第１の磁界センサおよび第５の磁界センサは有利には、軸方向において上記３つの磁化領域の隣であって、第３の磁界センサおよび第４の磁界センサとは反対側の軸方向端部に設けられる。第２の磁界センサは有利には、軸方向において第１の磁化領域と第２の磁化領域との間に設けられる。
【００９２】
第４の実施形態では、第６の磁界センサは第２の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第２の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第６の磁界センサと第２の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００９３】
第４の実施形態では、第７の磁界センサは有利には、軸方向において第２の磁化領域と第３の磁化領域との間に配置されている。
【００９４】
第４の実施形態では、第８の磁界センサは第７の磁界センサと同一の軸方向位置に配置されている。これは、軸線を基準として第７の磁界センサとは反対側に配置されている。したがって、軸線における第８の磁界センサと第７の磁界センサとの間の中心角は１８０°である。
【００９５】
第４の実施形態では、第１の磁界センサの接線位置と第２の磁界センサの接線位置と第３の磁界センサの接線位置と第７の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００９６】
第４の実施形態では、第４の磁界センサの接線位置と第５の磁界センサの接線位置と第６の磁界センサの接線位置と第８の磁界センサの接線位置とは有利には等しく、これらの磁界センサは有利には、軸線に対して平行な同一直線上に位置する。
【００９７】
第４の実施形態では、磁界センサは有利には、第１の磁界センサ、第４の磁界センサ、第６の磁界センサおよび第７の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和と、第２の磁界センサ、第３の磁界センサ、第５の磁界センサおよび第８の磁界センサによって測定され得る径方向成分の和との差を求めることができるように、配置および接続されている。上述の径方向成分は、磁化と力および／またはモーメントとによって生じる磁界の径方向成分であり、これにノイズ磁界が重畳され得る。上述の和形成および差形成はたとえば、減数を形成する磁界センサの向きが、被減数を形成する磁界センサと逆向きであることにより実現することができる。また、磁界センサを同一の向きとし、減数を形成する磁界センサの極性を逆にして、これらの磁界センサの信号から和を形成することによっても、上述の和形成および差形成を実現することができる。
【００９８】
図面を参照して以下の本発明の有利な実施形態の記載を読めば、本発明の他の詳細、利点および実施形態を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第４の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第１の実施形態を示す図である。
【図６】本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第２の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第３の実施形態を示す図である。
【図８】本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第４の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１００】
図１から図８までの各図は、本発明のシステムをそれぞれ２つの観察面で示す図である。各図の左側部分は、本発明の各実施形態のシステムの横断面図を含み、各図の右側部分は、本発明の各実施形態のシステムの平面図を含む。
【０１０１】
図１は、本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第１の実施形態を示す図である。システムはまず、フランジ０１の形態の機械要素を備えており、これはベース０２に固定されている。フランジ０１に力またはトルクが、とりわけトルクＭｔが作用する。フランジ０１は中空円柱形状を有する。フランジ０１は軸線０３上に延在し、この軸線０３は、フランジ０１の中空円柱形状の中心軸でもある。フランジ０１は、磁歪効果を示す磁気弾性材料から成る。
【０１０２】
フランジ０１の軸方向の一区間に、第１の永久磁化領域０４が設けられている。フランジ０１の軸方向の他の一区画に、第２の永久磁化領域０５が設けられている。各永久磁化領域０４，０５はそれぞれ、軸線０３まわりに延在する。すなわち、これらは円形の永久磁化部である。両永久磁化領域０４，０５において、永久磁化の極性すなわちその回転方向は同一である。これら２つの永久磁化領域０４，０５は、軸方向に離隔した２つの平面内に位置する。
【０１０３】
本発明の本実施形態のシステムはさらに、第１の磁界センサ１１と、第２の磁界センサ１２と、第３の磁界センサ１３と、第４の磁界センサ１４とを備えている。各磁界センサ１１，１２，１３，１４はそれぞれ、永久磁化領域０４，０５の磁化と力および／またはトルクによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するために構成されている。
【０１０４】
これら４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。第１の磁界センサ１１は第１の永久磁化領域０４と同一平面内に位置する。第２の磁界センサ１２は第２の永久磁化領域０５と同一平面内に位置する。第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４は共に、両永久磁化領域０４，０５の間の一平面内に位置する。フランジ０１はこの平面では磁化されていない。すなわち磁気的に中性である。第１の磁界センサ１１および第３の磁界センサ１３は、軸線０３を基準として第２の磁界センサ１２および第４の磁界センサ１４とは反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１および第２の磁界センサ１２の各極性の向きは、第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４の極性の向きと逆である。
【０１０５】
図２は、本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第２の実施形態を示す図である。この第２の実施形態が図１に示された実施形態と相違する点は、磁界センサの数および配置のみである。第２の実施形態はさらに、第５の磁界センサ１５と、第６の磁界センサ１６と、第７の磁界センサ１７と、第８の磁界センサ１８とを備えている。これらのさらなる磁界センサ１５，１６，１７，１８もそれぞれ、永久磁化領域０４，０５の磁化と力および／またはトルクによって生じる磁界の軸方向成分を個別に測定するために構成されている。
【０１０６】
これら８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。第１の磁界センサ１１および第５の磁界センサ１５は、第１の永久磁化領域０４と同一平面内に位置する。第２の磁界センサ１２および第６の磁界センサ１６は、第２の永久磁化領域０５と同一平面内に位置する。第３の磁界センサ１３、第４の磁界センサ１４、第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８は共に、両永久磁化領域０４，０５の間の、フランジ０１が磁化されていない一平面内に位置する。第１の磁界センサ１１、第２の磁界センサ１２、第３の磁界センサ１３および第７の磁界センサ１７は、軸線０３を基準として第４の磁界センサ１４、第５の磁界センサ１５、第６の磁界センサ１６および第８の磁界センサ１８とは反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１、第２の磁界センサ１２、第５の磁界センサ１５および第６の磁界センサ１６の各極性の向きは、第３の磁界センサ１３、第４の磁界センサ１４、第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８の極性の向きと逆である。第３の磁界センサ１３と第７の磁界センサ１７とは実質的に同一位置にあり、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。第４の磁界センサ１４と第８の磁界センサ１８とは実質的に同一位置にあり、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。
【０１０７】
図３は、本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第３の実施形態を示す図である。この第３の実施形態が図１に示された実施形態と相違する点は、磁化領域の極性と、磁界センサの配置のみである。当該第３の実施形態では、両永久磁化領域０４，０５における永久磁化の極性は逆向きである。すなわち、両永久磁化の回転方向は逆である。これら２つの永久磁化領域０４，０５は、軸方向に互いに離隔した２つの平面内に位置する。
【０１０８】
これら４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。第１の磁界センサ１１は第１の永久磁化領域０４と同一平面内に位置する。第２の磁界センサ１２および第４の磁界センサ１４は共に、第２の永久磁化領域０５と同一平面内に位置する。第３の磁界センサ１３は、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第１の磁界センサ１１および第２の磁界センサ１２は、軸線０３を基準として第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４とは反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１および第３の磁界センサ１３の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２および第４の磁界センサ１４の極性の向きと逆である。
【０１０９】
図４は、本発明のシステムの有利な実施形態の第１群のうち第４の実施形態を示す図である。この第４の実施形態が図２に示された実施形態と相違する点は、磁化領域の極性と、磁界センサの配置のみである。当該第４の実施形態では、両永久磁化領域０４，０５における永久磁化の極性は逆向きである。すなわち、両永久磁化の回転方向は逆である。これら２つの永久磁化領域０４，０５は、軸方向に互いに離隔した２つの平面内に位置する。
【０１１０】
これら８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。第１の磁界センサ１１および第５の磁界センサ１５は、第１の永久磁化領域０４と同一平面内に位置する。第２の磁界センサ１２、第６の磁界センサ１６、第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８は、第２の永久磁化領域０５と同一平面内に位置する。第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４は共に、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第１の磁界センサ１１、第２の磁界センサ１２、第３の磁界センサ１３および第７の磁界センサ１７は、軸線０３を基準として第４の磁界センサ１４、第５の磁界センサ１５、第６の磁界センサ１６および第８の磁界センサ１８とは反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１、第３の磁界センサ１３、第４の磁界センサ１４および第５の磁界センサ１５の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２、第６の磁界センサ１６、第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８の極性の向きと逆である。第２の磁界センサ１２と第７の磁界センサ１７とは実質的に同一位置に設けられており、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。第６の磁界センサ１６と第８の磁界センサ１８とは実質的に同一位置にあり、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。
【０１１１】
図５は、本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第１の実施形態を示す図である。システムはまず、フランジ０１の形態の機械要素を備えており、これはベース０２に固定されている。フランジ０１に力またはトルクが、とりわけトルクＭｔが作用する。フランジ０１は中空円柱形状を有する。フランジ０１は軸線０３上に延在し、この軸線０３は、フランジ０１の中空円柱形状の中心軸でもある。フランジ０１は、磁歪効果を示す磁気弾性材料から成る。
【０１１２】
フランジ０１の軸方向の一区間に、第１の永久磁化領域０４が設けられている。フランジ０１の軸方向の他の一区間に、第２の永久磁化領域０５が設けられている。各永久磁化領域０４，０５はそれぞれ、軸線０３まわりに延在する。すなわち、これらは円形の永久磁化部である。両永久磁化領域０４，０５における永久磁化の極性は逆向きである。すなわち、両永久磁化の回転方向は逆である。これら２つの永久磁化領域０４，０５は、軸方向に互いに離隔した２つの平面内に位置する。
【０１１３】
本発明の本実施形態のシステムはさらに、第１の磁界センサ１１と、第２の磁界センサ１２と、第３の磁界センサ１３と、第４の磁界センサ１４とを備えている。各磁界センサ１１，１２，１３，１４はそれぞれ、永久磁化領域０４，０５の磁化と力および／またはトルクによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するために構成されている。
【０１１４】
４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。ここでは、４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４のいずれも、永久磁化領域０４，０５のいずれかと同一平面内には配置されておらず、磁界センサ１１，１２，１３，１４は、フランジ０１が磁気的に中性になっている軸方向位置に配置されている。第１の磁界センサ１１は、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に、すなわちフランジ０１が磁気的に中性となっている平面内に位置する。反対側の軸方向端部において、第３の磁界センサ１３は、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第２の磁界センサ１２および第４の磁界センサ１４は共に、軸方向において両永久磁化領域０４，０５間の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第１の磁界センサ１１および第２の磁界センサ１２は、軸線０３を基準として第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４とは反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１および第４の磁界センサ１４の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２および第３の磁界センサ１３の極性の向きと逆である。
【０１１５】
図６は、本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第２の実施形態を示す図である。この第２の実施形態が図５に示された実施形態と相違する点は、磁界センサの数および配置のみである。第２の実施形態はさらに、第５の磁界センサ１５と、第６の磁界センサ１６と、第７の磁界センサ１７と、第８の磁界センサ１８とを備えている。これらのさらなる磁界センサ１５，１６，１７，１８もそれぞれ、永久磁化領域０４，０５の磁化と力および／またはトルクによって生じる磁界の径方向成分を個別に測定するために構成されている。
【０１１６】
８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。ここでは、８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８のいずれも、永久磁化領域０４，０５のいずれかと同一平面内には配置されておらず、磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、フランジ０１が磁気的に中性になっている軸方向位置に配置されている。第１の磁界センサ１１および第５の磁界センサ１５は、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。反対側の軸方向端部において、第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４は、軸方向において両永久磁化領域０４，０５の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第２の磁界センサ１２、第６の磁界センサ１６、第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８は共に、両永久磁化領域０４，０５の間の、フランジ０１が磁化されていない一平面内に位置する。第１の磁界センサ１１、第２の磁界センサ１２、第３の磁界センサ１３および第７の磁界センサ１７は、軸線０３を基準として第４の磁界センサ１４、第５の磁界センサ１５、第６の磁界センサ１６および第８の磁界センサ１８と反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１、第３の磁界センサ１３、第６の磁界センサ１６および第８の磁界センサ１８の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２、第４の磁界センサ１４、第５の磁界センサ１５および第７の磁界センサ１７の極性の向きと逆である。第２の磁界センサ１２と第７の磁界センサ１７とは実質的に同一位置に設けられており、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。第６の磁界センサ１６と第８の磁界センサ１８とは実質的に同一位置にあり、たとえば１つの基板（図示されていない）の表側面と裏側面とに設けられる。
【０１１７】
図７は、本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第３の実施形態を示す図である。この第３の実施形態が図５に示された実施形態と相違する点は、磁化領域の数ならびに極性、および磁界センサの配置のみである。当該第３の実施形態は第３の磁化領域０６を備えており、軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５の永久磁化の極性は、軸方向において外側の両永久磁化領域０４，０６すなわち第１の永久磁化領域０４および第３の永久磁化領域０６の永久磁化の極性と逆向きである。すなわち、これらの永久磁化の回転方向は逆である。これら３つの永久磁化領域０４，０５，０６は、軸方向に離隔した３つの平面内に位置する。
【０１１８】
４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。ここでは、４つの磁界センサ１１，１２，１３，１４のいずれも、永久磁化領域０４，０５，０６のいずれかと同一平面内には配置されておらず、磁界センサ１１，１２，１３，１４は、フランジ０１が磁気的に中性になっている軸方向位置に配置されている。第１の磁界センサ１１は、軸方向において３つの永久磁化領域０４，０５，０６の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。反対側の軸方向端部において、第３の磁界センサ１３は、軸方向において３つの永久磁化領域０４，０５，０６の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第２の磁界センサ１２は、軸方向において外側の第１の永久磁化領域０４と軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５との間の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第４の磁界センサ１４は、軸方向において外側の第３の永久磁化領域０６と軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５との間の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第１の磁界センサ１１および第２の磁界センサ１２は、軸線０３を基準として第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４と反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１および第３の磁界センサ１３の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２および第４の磁界センサ１４の極性の向きと逆である。
【０１１９】
図８は、本発明のシステムの有利な実施形態の第２群のうち第４の実施形態を示す図である。この第４の実施形態が図６に示された実施形態と相違する点は、磁化領域の数ならびに極性、および磁界センサの配置のみである。当該第４の実施形態は第３の磁化領域０６を備えており、軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５の永久磁化の極性は、軸方向において外側の両永久磁化領域０４，０６すなわち第１の永久磁化領域０４および第３の永久磁化領域０６の永久磁化の極性と逆向きである。すなわち、これらの永久磁化の回転方向は逆である。これら３つの永久磁化領域０４，０５，０６は、軸方向に離隔した３つの平面内に位置する。
【０１２０】
８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、軸方向に互いに離隔された３つの平面内に配置されている。ここでは、８つの磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８のいずれも、永久磁化領域０４，０５，０６のいずれかと同一平面内には配置されておらず、磁界センサ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、フランジ０１が磁気的に中性になっている軸方向位置に配置されている。第１の磁界センサ１１および第５の磁界センサ１５は共に、軸方向において３つの永久磁化領域０４，０５，０６の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。反対側の軸方向端部において、第３の磁界センサ１３および第４の磁界センサ１４は、軸方向において３つの永久磁化領域０４，０５，０６の隣の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第２の磁界センサ１２および第６の磁界センサ１６は共に、軸方向において外側の第１の永久磁化領域０４と軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５との間の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第７の磁界センサ１７および第８の磁界センサ１８は共に、軸方向において外側の第３の永久磁化領域０６と軸方向において中間の第２の永久磁化領域０５との間の、フランジ０１が磁化されていない平面内に位置する。第１の磁界センサ１１、第２の磁界センサ１２、第３の磁界センサ１３および第７の磁界センサ１７は、軸線０３を基準として第４の磁界センサ１４、第５の磁界センサ１５、第６の磁界センサ１６および第８の磁界センサ１８と反対側に配置されている。第１の磁界センサ１１、第４の磁界センサ１４、第６の磁界センサ１６および第７の磁界センサ１７の各極性の向きは、第２の磁界センサ１２、第３の磁界センサ１３、第５の磁界センサ１５および第８の磁界センサ１８の極性の向きと逆である。
【符号の説明】
【０１２１】
０１  フランジ
０２  ベース
０３  軸線
０４  第１の永久磁化領域
０５  第２の永久磁化領域
０６  第３の永久磁化領域
１１  第１の磁界センサ
１２  第２の磁界センサ
１３  第３の磁界センサ
１４  第４の磁界センサ
１５  第５の磁界センサ
１６  第６の磁界センサ
１７  第７の磁界センサ
１８  第８の磁界センサ
【図１】
2018508775.tif 000003
【図２】
2018508775.tif 000004
【図３】
2018508775.tif 000005
【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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【国際調査報告】
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2018508775.tif 000012
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