JP4800222B2 - Method and apparatus for magnetizing an object - Google Patents

Method and apparatus for magnetizing an object Download PDF

Info

Publication number
JP4800222B2
JP4800222B2 JP2006546102A JP2006546102A JP4800222B2 JP 4800222 B2 JP4800222 B2 JP 4800222B2 JP 2006546102 A JP2006546102 A JP 2006546102A JP 2006546102 A JP2006546102 A JP 2006546102A JP 4800222 B2 JP4800222 B2 JP 4800222B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
current
sensor
electrical signal
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006546102A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007517206A (en
Inventor
ルッツ マイ
Original Assignee
エヌシーティーエンジニアリング ゲーエムベーハー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エヌシーティーエンジニアリング ゲーエムベーハー filed Critical エヌシーティーエンジニアリング ゲーエムベーハー
Priority claimed from PCT/EP2004/014797 external-priority patent/WO2005064302A2/en
Publication of JP2007517206A publication Critical patent/JP2007517206A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4800222B2 publication Critical patent/JP4800222B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/006Methods and devices for demagnetising of magnetic bodies, e.g. workpieces, sheet material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H59/00Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/70Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Description

本発明は、物体を磁化するための方法及び装置と、力及びトルクの検出装置を校正するための方法及び装置と、特定の技術分野における物体を磁化するための装置の使用と、そして特定の技術分野における力及びトルクの検出装置を校正するための装置の使用に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for magnetizing an object, a method and apparatus for calibrating a force and torque detection device, the use of an apparatus for magnetizing an object in a particular technical field, and a specific The invention relates to the use of a device for calibrating force and torque detection devices in the technical field.

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、又は軸方向荷重やせん断力を受ける構成部分には、磁化された領域、即ち磁気的にエンコードされた領域が設けられ、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場検出器(磁気コイルのような)に特長的な信号を発生する。   Magnetic transducer technology has been applied to torque and position measurements. It was specifically developed for non-contact measurement of torque on the shaft and any other part that receives torque or follows linear motion. Components that rotate or reciprocate, or that receive axial loads or shear forces, are provided with magnetized regions, ie magnetically encoded regions, and the shaft rotates or reciprocates. Sometimes such magnetically encoded regions generate signals characteristic of a magnetic field detector (such as a magnetic coil) that can determine the torque, force or position of the shaft.

例えば、特許文献1に開示されたその種のセンサーでは、低価格で製造され且つ校正できる正確に規定された磁気的なエンコード領域を有することが重要である。
国際公開第02/063262号パンフレット
For example, in such a sensor disclosed in Patent Document 1, it is important to have a precisely defined magnetic encoding region that can be manufactured and calibrated at low cost.
International Publication No. 02/063262 Pamphlet

本発明は、磁気的にエンコードされた領域を持つ検出装置を提供することを目的とし、該検出装置が低価格で製造可能であって動作可能とされる。   It is an object of the present invention to provide a detection device having a magnetically encoded region, which can be manufactured and operated at low cost.

この目的は、独立請求項に従って、物体を磁化するための方法及び装置と、力及びトルクの検出装置を校正するための方法及び装置と、特定技術分野における物体を磁化するための装置の使用と、特定技術分野における力及びトルクの検出装置を校正するための装置の使用とを提供することによって達成される。   This object is in accordance with the independent claims a method and apparatus for magnetizing an object, a method and apparatus for calibrating a force and torque detection device, and the use of an apparatus for magnetizing an object in a particular technical field. And the use of a device for calibrating force and torque detection devices in a particular technical field.

本発明の一実施形態によると、第一物体又は第二物体あるいは第一及び第二物体を磁化するための方法が提供され、該方法は第一物体が第二物体を取り囲むように第一物体を配置するステップと、第一電気信号を第二物体に加えるステップとを含み、そこでは該第一電気信号によって、第一物体又は第二物体あるいは第一及び第二物体の少なくとも一部分が磁化されるように構成される。   According to an embodiment of the present invention, a method for magnetizing a first object or a second object or a first and a second object is provided, wherein the method is such that the first object surrounds the second object. And applying a first electrical signal to the second object, wherein the first electrical signal magnetizes at least a portion of the first object or the second object or the first and second objects. Configured to be

本発明の別の実施形態によると、第一物体又は第二物体あるいは第一及び第二物体を磁化するための装置が提供される。装置は第一物体、第二物体及び電気信号源を含む。第一物体は、第一物体が第二物体を取り囲むように配置される。電気信号源は第一電気信号を第二物体に加えるように構成され、そこで第一電気信号によって、第一物体又は第二物体あるいは第一及び第二物体の少なくとも一部分が磁化される。   According to another embodiment of the present invention, an apparatus for magnetizing a first object or a second object or first and second objects is provided. The apparatus includes a first object, a second object, and an electrical signal source. The first object is arranged such that the first object surrounds the second object. The electrical signal source is configured to apply a first electrical signal to the second object, where the first electrical signal magnetizes at least a portion of the first object or the second object or the first and second objects.

本発明の更に別の実施形態によると、力及びトルクの検出装置を校正するための方法が提供され、該方法は、物体上の磁気的にエンコードされた領域及び物体に加えられた力又はトルクから生じる信号を検出するように構成された磁場検出器を有する、力及びトルクの検出装置を配置するステップと、物体に既知の力を加えるステップと、物体に加えられた既知の力に起因する信号を検出するステップと、既知の力と当該既知の力に起因する検出信号との間の相関関係に基づいて力及びトルクの検出装置を校正するステップとを含む。   According to yet another embodiment of the present invention, a method for calibrating a force and torque detection device is provided, the method comprising a magnetically encoded region on an object and a force or torque applied to the object. Resulting from the steps of placing a force and torque detector having a magnetic field detector configured to detect a signal resulting from, applying a known force to the object, and the known force applied to the object Detecting a signal and calibrating the force and torque detector based on a correlation between the known force and the detected signal resulting from the known force.

更には、本発明の別の実施形態によると、力及びトルクの検出装置を校正するための装置が提供され、該装置は、力及びトルクの検出装置と、既知の力を発生させる要素と校正ユニットを含む。力及びトルクの検出装置は、物体上の磁気的にエンコードされた領域、及び物体に加えられる力又はトルクから生じる信号を検出するように構成された磁場検出器を有する。既知の力を発生させる要素は、物体に既知の力を加えるように構成され、そして校正ユニットは、既知の力とこの既知の力に起因する検出信号との間の相関関係に基づいて、力及びトルクの検出装置を校正するように構成される。   Furthermore, in accordance with another embodiment of the present invention, an apparatus for calibrating a force and torque detection device is provided, the device comprising a force and torque detection device, a known force generating element and a calibration. Includes units. The force and torque detection device includes a magnetically encoded region on the object and a magnetic field detector configured to detect a signal resulting from the force or torque applied to the object. The element that generates the known force is configured to apply a known force to the object, and the calibration unit is configured to determine the force based on the correlation between the known force and the detection signal resulting from the known force. And calibrating the torque detection device.

本発明の別の実施形態によると、上記した特長を持つ装置は、採鉱シャフト、コンクリート処理シリンダ、ギアボックス内のプッシュプルロッド、及びエンジンシャフトからなるグループ中の1つを磁化するために使用される。   According to another embodiment of the present invention, an apparatus having the above-described features is used to magnetize one in a group consisting of a mining shaft, a concrete processing cylinder, a push-pull rod in a gear box, and an engine shaft. .

また、本発明の別の実施形態によると、上記した特長を持つ装置は、採鉱シャフト、コンクリート処理シリンダ、ギアボックス内のプッシュプルロッド、及びエンジンシャフトからなるグループの力及びトルクの検出装置を校正するために使用される。   Further, according to another embodiment of the present invention, an apparatus having the above-described features calibrates a group force and torque detection apparatus consisting of a mining shaft, a concrete processing cylinder, a push-pull rod in a gear box, and an engine shaft. Used for.

尚、本明細書で、「磁化」という表現は特に、微視的な磁石又は要素磁石、つまり、磁化可能な材料内に存在する磁気モーメント、磁性粒子又は磁区について、少なくともそれらの一部分がある特定の方向に整列し、ランダムな磁場方位が少なくとも部分的に除去されるように処理されることを意味する。   In the present specification, the expression “magnetization” refers in particular to a microscopic magnet or elemental magnet, that is, a magnetic moment, magnetic particle or magnetic domain existing in a magnetizable material, at least a part of which is specified. Means that the random magnetic field orientation is processed to be at least partially removed.

第一物体を磁化するための方法、及び上述の例示的な実施形態による第一物体を磁化するための装置は、第一物体によって取り巻かれた第二物体に電気信号を加えることによって第一物体が磁化されるという利点を持つ。例えば、第二の要素としてのワイヤ、シャフト又はロッドは、第一物体としての中空シリンダによって取り囲まれる。そして、第二物体に対して適切な電気信号を加えることで、トランスの場合に起こる物理的効果と同様な物理効果によって第一物体内に磁化された領域を生成できる。換言すると、第二物体を通して流れる、電流パルスのような時間に依存した電気信号は、第一物体が磁化されるように、第一物体の磁化可能な材料に影響を与える磁場を生成する。本発明の磁化の方法は、特に採鉱及び掘削装置の分野で想起されるような、大型の中空シリンダであっても安価で容易な磁化が可能になる。従って、磁気的にエンコードされた領域は、既存の工業用の鋼鉄中空シリンダ又はチューブ内に形成することができる。これによって、例えば、掘削シャフトのような既存の磁化可能な物体内に磁気的にエンコードされた領域を設けることができ、そのような物体に加えられるトルク、曲げ力及び軸荷重を、磁化された物体の近くに配置されたコイルのような簡単な磁場検出器によって検出できるようになる。   A method for magnetizing a first object, and an apparatus for magnetizing a first object according to the exemplary embodiments described above, includes applying an electrical signal to a second object surrounded by a first object. Has the advantage of being magnetized. For example, a wire, shaft or rod as the second element is surrounded by a hollow cylinder as the first object. Then, by applying an appropriate electrical signal to the second object, a magnetized region can be generated in the first object by a physical effect similar to the physical effect that occurs in the case of a transformer. In other words, a time-dependent electrical signal, such as a current pulse, flowing through the second object generates a magnetic field that affects the magnetizable material of the first object so that the first object is magnetized. The magnetization method of the present invention enables inexpensive and easy magnetization even for a large hollow cylinder, particularly as conceived in the field of mining and drilling equipment. Thus, the magnetically encoded region can be formed in an existing industrial steel hollow cylinder or tube. This allows, for example, magnetically encoded regions in existing magnetizable objects such as drilling shafts to be magnetized with torque, bending forces and axial loads applied to such objects. It can be detected by a simple magnetic field detector such as a coil placed near the object.

記載した実施形態によると、特に外側の第一物体が磁化される。但し、内側の第二物体が同様に磁化可能な材料でできている場合に、該第二物体が同時に磁化される。   According to the described embodiment, in particular the outer first object is magnetized. However, when the inner second object is made of a magnetizable material, the second object is magnetized at the same time.

本発明の例示的な実施形態による第二物体を磁化するための方法及び装置に関連する別の利点には、選択された位置、例えば、第一物体の端部と第二物体の端部において、第一物体を第二物体に対して適時に接続する場合がある。そのような構成によると、第二物体を流れる電流がまた、そこで反対方向の磁場を形成するために第一物体に注入され、それによって物体中の電流分布が安定する。従って、高品質の磁気的にエンコードされた領域が第二物体内に形成され、より良好な再現性及び高い信頼性を持ったセンサーがもたらされる。   Another advantage associated with a method and apparatus for magnetizing a second object according to an exemplary embodiment of the present invention includes selected locations, such as at the end of the first object and the end of the second object. In some cases, the first object is connected to the second object in a timely manner. With such a configuration, the current flowing through the second object is also injected into the first object there to form a magnetic field in the opposite direction, thereby stabilizing the current distribution in the object. Accordingly, a high quality magnetically encoded region is formed in the second object, resulting in a sensor with better reproducibility and higher reliability.

記載した実施形態によると、特に内側の第二物体が磁化される。但し、外側の第一物体が同様に磁化可能な材料でできている場合に、第一物体が同時に磁化される。   According to the described embodiment, in particular the inner second object is magnetized. However, if the outer first object is made of a similarly magnetizable material, the first object is magnetized simultaneously.

次に、力及びトルクの検出装置を校正するための方法及び装置について説明する。この校正方法の1つの構想は、単純に1つの既知の校正力、例えば、既知の質量物又は錘を、磁気的にエンコードされた領域(例えば、物体を磁化するための本発明の方法によって作られる)を持つ物体に加えることである。トルク及び力センサーに加えられるそのような重さ又は重力によって磁気信号が生じ、該信号は磁気的にエンコードされた領域の近傍に配置された磁場検出器によって検出される。従って、加えられた力と磁場検出器で得られた検出信号との相関性をもったデータ対が保存される。磁気的にエンコードされた領域は、例えば、物体を磁化するための上述の方法、又は上記特許文献1に記載の技術、又は以下に詳細について記載する、所謂PCME技術に従ったエンコードが可能である。   Next, a method and apparatus for calibrating a force and torque detection device will be described. One concept of this calibration method is to simply create one known calibration force, eg, a known mass or weight, by a magnetically encoded region (eg, the method of the present invention for magnetizing an object). Be added to objects with Such weight or gravity applied to the torque and force sensor produces a magnetic signal that is detected by a magnetic field detector located in the vicinity of the magnetically encoded region. Therefore, a data pair having a correlation between the applied force and the detection signal obtained by the magnetic field detector is stored. The magnetically encoded region can be encoded, for example, according to the method described above for magnetizing an object, the technique described in the above-mentioned patent document 1, or the so-called PCME technique described in detail below. .

そして、こうして測定された軸方向荷重と磁場検出器の検出信号との間の相関関係は、センサーの校正のために使用できる。このように校正された物体が、(例えば、掘削シャフトとして)実際に使用される場合に、測定された検出信号は、既知の質量を用いて推定された校正データの対を用いて、対応する軸方向荷重の力と関連付けることができる。また、校正中に、該校正を精緻化するために複数の校正データ対を測定することも可能である。   The correlation between the axial load thus measured and the detection signal of the magnetic field detector can then be used for sensor calibration. When such a calibrated object is actually used (eg, as a drilling shaft), the measured detection signal corresponds using a calibration data pair estimated using a known mass. It can be related to the force of the axial load. It is also possible during calibration to measure a plurality of calibration data pairs in order to refine the calibration.

更に、既知の軸方向荷重及びこれ対応する検出信号のデータ対はまた、校正情報として役立ち、該情報は、実際の使用中に、加えられるトルクを受けるセンサーとともに使用される。換言すると、軸方向荷重の校正は、トルクセンサーを校正する。この態様では、非常に重い物体を使用する応用において特に有利であり、例えば、採鉱用途における掘削シャフトの場合に、そのような掘削シャフトに加わるトルクを測定する場合に有用である。この場合、単に掘削シャフト、例えば、チューブを安定な地盤に置き、そして既知の質量要素を掘削シャフトの上部に置くことは非常に簡単である。これとは対照的に、トルクセンサーを校正するために、そのような掘削シャフトに校正用トルクを加えることは、非常に困難である。校正用の軸方向力を用いてトルクセンサーを校正することは、より簡単である。   In addition, a known axial load and corresponding data pair of detection signals also serve as calibration information, which is used in conjunction with sensors that receive applied torque during actual use. In other words, the calibration of the axial load calibrates the torque sensor. This aspect is particularly advantageous in applications using very heavy objects, for example in the case of drilling shafts in mining applications, useful for measuring the torque applied to such drilling shafts. In this case, it is very simple to simply place the drilling shaft, for example a tube, on a stable ground and place a known mass element on top of the drilling shaft. In contrast, it is very difficult to apply a calibration torque to such a drilling shaft to calibrate the torque sensor. It is easier to calibrate the torque sensor using the axial force for calibration.

本発明のさらなる態様によると、上述した方法及び装置は採鉱シャフト、コンクリート処理シリンダ、ギアボックス内のプッシュプルロッド、及びエンジンシャフトに関して実施される。これら全ての適用形態において、そのようなトルク、力及び位置センサーの磁化及び校正は非常に有利である。というのも高精度で信頼できるように校正された、力、位置及びトルクのセンサーが、低コストで製造可能となるからである。特に、採鉱及び掘削装置に本発明のシステムが設けられ、掘削方向及び掘削力の監視に使用される。本発明のさらなる応用は、エンジンノッキングの評価及び解析である。   According to a further aspect of the invention, the method and apparatus described above are implemented with respect to a mining shaft, a concrete processing cylinder, a push-pull rod in a gearbox, and an engine shaft. In all these applications, such torque, force and position sensor magnetization and calibration are very advantageous. This is because force, position and torque sensors calibrated with high accuracy and reliability can be manufactured at low cost. In particular, the system of the present invention is provided in mining and drilling equipment and is used for monitoring the drilling direction and the drilling force. A further application of the present invention is the evaluation and analysis of engine knocking.

従って、本発明によれば、大きな採鉱及び掘削装置の「作動中」に適用されて有効とされる、実際の機械力のリアルタイム(実時間)測定が可能となる。厳しい屋外条件及び研磨材料の取り扱いは、従来のセンシング技術では取り扱いが困難であるのに対して、本発明のシステムは何の問題もなしにそのような条件に適合できる。本発明によって測定される機械力は、トルク、曲げ、軸方向荷重及び潜在的な採鉱装置の過負荷である。   Thus, the present invention enables real-time (real-time) measurement of actual mechanical force that is applied and validated during “operation” of large mining and drilling equipment. While harsh outdoor conditions and handling of abrasive materials are difficult to handle with conventional sensing technology, the system of the present invention can accommodate such conditions without any problems. The mechanical forces measured by the present invention are torque, bending, axial load and potential mining equipment overload.

本発明の磁化方法によって、ユニークなパワーシャフトエンコーディング工程が採用され、多種類の工業用鋼鉄の磁気特性を利用することができ、それにより標準的な掘削シャフトが高精密な力センサーに変わる。エンコーディング工程を応用するために要求される実際の時間はほんの一瞬であり、この時間は変わらない。掘削シャフトの所望の部分が本発明の工程で処理された後、シャフトの当該部分は、シャフトに加えられた機械力に関連して特定の信号を発する。この信号は、例えば、シャフト表面から数ミリメートル離れて置かれた受動の電気部品によって検出される。シャフトに何も付設する必要がなく、そして全くシャフトに触れる必要もないので、従って平均故障間隔がとても長い(即ち、本発明は非常に信頼性の高い検出の解決策を提供する)。この非接触とされる機械力の測定原理については、掘削又はパワー伝達シャフトの強磁性特性のみに依る。それは、シャフトのエンコード部分を通して伝わる機械的な力、つまり、回転トルク、曲げ力、せん断力、及び軸プッシュプル負荷を含む全ての機械力についてのリアルタイム情報を提供する。力センシング技術の全信号バンド幅は、ある実施形態によると29kHz又は毎秒約100,000測定サンプルである。また、掘削シャフトが機械的な過負荷にさらされて故障し、そのような時には、明確な信号を発生する。   The magnetizing method of the present invention employs a unique power shaft encoding process and can take advantage of the magnetic properties of many types of industrial steel, thereby transforming a standard drilling shaft into a high precision force sensor. The actual time required to apply the encoding process is only a moment, and this time does not change. After the desired portion of the drilling shaft is processed in the process of the present invention, that portion of the shaft emits a specific signal related to the mechanical force applied to the shaft. This signal is detected, for example, by passive electrical components placed a few millimeters away from the shaft surface. Since there is no need to attach anything to the shaft and no need to touch the shaft at all, the mean time between failures is therefore very long (ie, the present invention provides a very reliable detection solution). The principle of measuring the non-contact mechanical force depends only on the excavation or the ferromagnetic characteristics of the power transmission shaft. It provides real-time information about all the mechanical forces transmitted through the shaft's encode portion, ie, rotational torque, bending force, shear force, and axial push-pull load. The total signal bandwidth of the force sensing technology is 29 kHz or about 100,000 measurement samples per second, according to an embodiment. Also, the drilling shaft is subject to mechanical overload and fails, generating a clear signal at such times.

大きな装置では、機械力が対称に伝わらないか、パワーシャフト又は掘削シャフトを通して均等に分布しない場合がよくある。従って、例えば、磁場検出器は、より広い視野を得るために、シャフトのいくつかの危険箇所を「見る」。但し、特に静止状態で操作する装置(シャフトが回転しないような)では、多くの場合に1個の磁気検出装置のみで働くことが推奨される。   In large devices, the mechanical force is often not transmitted symmetrically or evenly distributed through the power shaft or drilling shaft. Thus, for example, the magnetic field detector “sees” some dangerous spots on the shaft to obtain a wider field of view. However, it is recommended to work with only one magnetic detection device in many cases, particularly in a device that operates in a stationary state (the shaft does not rotate).

本発明のセンサーは、水中や、オイルの中、又は非常に粉塵のある環境でさえ(コンクリートポンプやコンクリート混合ステーションのような)運転できる。該センサーは、非常に広い温度範囲、特に、−50℃から+210℃の温度に耐えられる。   The sensor of the present invention can operate in water, in oil, or even in very dusty environments (such as concrete pumps and concrete mixing stations). The sensor can withstand a very wide temperature range, in particular from -50 ° C to + 210 ° C.

センサー信号検出ユニットは、磁場検出器から数メートル離間した特別注文製の専用電子回路に接続される。2本のワイヤのみ(「ツイストペア」)が、磁場検出器をこれに対応する電子回路に接続するために使用される。そのような電子回路の出力信号は、バッファされたアナログ+5V信号であり、+2500Vが零トルクに等しい。トルク、軸方向荷重又は曲げセンサーの場合に、全電流消費はセンサーチャンネル当り5mA未満である。   The sensor signal detection unit is connected to a specially made dedicated electronic circuit several meters away from the magnetic field detector. Only two wires (“twisted pair”) are used to connect the magnetic field detector to the corresponding electronic circuit. The output signal of such an electronic circuit is a buffered analog + 5V signal, where + 2500V is equal to zero torque. In the case of torque, axial load or bending sensors, the total current consumption is less than 5 mA per sensor channel.

磁場検出器は、磁気的にエンコードされた中空シャフトの外側か内側に置くことができる。そのようなシャフトを通して伝達される機械力が磁気的にエンコードされた部分を対称に通らないことを想定して、高解像度の「力の映像(force picture)」を把握できるように、数個の磁場検出器を、シャフトの周囲に幾何学的な配列で設置することができる。   The magnetic field detector can be placed outside or inside the magnetically encoded hollow shaft. Assuming that the mechanical force transmitted through such a shaft does not pass symmetrically through the magnetically encoded part, several high-resolution “force pictures” can be grasped. Magnetic field detectors can be installed in a geometric arrangement around the shaft.

大型の掘削シャフトのエンコーディング工程については、特定の工場敷地に重いシャフトを輸送することの必要性を秘めており、これを排除するために、該工程を「現場」で行うことができる。エンコーディング装置はポータブル/可動性とされ、そして、ほぼ全ての気候条件下で使用できる。理想的な状況において、掘削シャフトはそれ自身、エンコーディング工程のために地上に置くことができる。但し、適正な状況では、掘削シャフトが掘削又は採鉱装置の中にまだ置かれている間に、該シャフトがエンコードされる。これは特に、シャフトに接近でき、該シャフトが覆い隠されていない場合に可能である。そのような移動可能な、磁化及び校正ユニットであれば、掘削シャフトの非常に近くまで持ってくることができる。   The encoding process for large drilling shafts has the need to transport heavy shafts to a specific factory site, and to eliminate this, the process can be performed “in the field”. The encoding device is portable / movable and can be used under almost all climatic conditions. In an ideal situation, the drilling shaft can itself be placed on the ground for the encoding process. However, in the right situation, the shaft is encoded while it is still in the drilling or mining equipment. This is particularly possible when the shaft is accessible and the shaft is not obscured. Such a movable, magnetizing and calibration unit can be brought very close to the drilling shaft.

本発明によるセンシング技術の特長は、永久的にエンコーディングされた掘削シャフトを校正する仕方である。1百万Nmのトルクを扱う能力をもった直径1mの掘削シャフトの場合に、シャフトのトルクセンサー校正のために「ビーム及び重量」法を適用することは通常困難である。水平で構造的に安定した表面にシャフトを真っ直ぐに置く場合に、磁気的にエンコードされたシャフトの測定性能については、「永久的」に埋め込まれた信号源の挙動の如何に依存して、比較的短い時間内に規定される。このことは、掘削装置が遠隔地で点検整備されて保守され、その場所に到達することが困難である場合において、特に有利である。   A feature of the sensing technique according to the invention is the way to calibrate a permanently encoded drilling shaft. In the case of a 1 m diameter drilling shaft capable of handling 1 million Nm of torque, it is usually difficult to apply the “beam and weight” method to calibrate the shaft torque sensor. The measurement performance of a magnetically encoded shaft, when placed straight on a horizontal, structurally stable surface, is compared depending on the behavior of the “permanent” embedded source. Within a short time. This is particularly advantageous when the excavator is inspected and maintained at a remote location and it is difficult to reach that location.

本発明による機械力のセンシング技術は、掘削ヘッドが動いている方向を検出し、そして掘削ヘッド位置での掘削パイプの軸方向荷重(前方推力)を測定するために、大型オイル掘削装置において実施することができる。この応用では、全センサーシステムが、1,500バール(1億5千万Pa)を超える圧力と、200℃を超える温度にさらされる。別の応用では、センシングの方針が、大型の移動可能な又は移動するクレーンに加わる機械力を測定することにある。ここで、磁気的にエンコードされたセンサーの任務は、臨界的な負荷状態が起こる時に、クレーンが倒れ(倒れ落ちるか又は傾くことが)ないように防止することである。本発明の他の応用には、風力発電装置、大型押し出し装置、研磨剤ポンプステーション、及び大型の工業用ギアボックスシステムが挙げられる。   The mechanical force sensing technique according to the present invention is implemented in a large oil drilling device to detect the direction in which the drilling head is moving and to measure the axial load (forward thrust) of the drilling pipe at the drilling head position. be able to. In this application, the entire sensor system is exposed to pressures exceeding 1,500 bar (150 million Pa) and temperatures exceeding 200 ° C. In another application, the sensing strategy is to measure the mechanical force applied to a large movable or moving crane. Here, the task of the magnetically encoded sensor is to prevent the crane from tipping over (falling down or tilting) when a critical load condition occurs. Other applications of the present invention include wind power generators, large extrusion devices, abrasive pump stations, and large industrial gearbox systems.

第一物体(例えば、中空管)で取り囲まれた第二物体(例えば、シャフト)が、第一物体に電気信号を加えることで磁化可能であることを述べる。この態様は、第二物体を磁化するための方法に関連しており、該方法は、第一物体が第二物体を取り囲むように第一物体を配置するステップと、第一物体に電気信号を加えるステップとを含み、電気信号によって、少なくとも第二物体の一部分が磁化されるように構成される。この方法は、第一物体の外部で第二物体の端部が短絡される時に、例えば、2つのそのような端部が第一物体の外部にガイドされたワイヤによって互いに電気的に接続される場合に、特別に良く働く。   It is stated that a second object (eg, a shaft) surrounded by a first object (eg, a hollow tube) can be magnetized by applying an electrical signal to the first object. This aspect relates to a method for magnetizing a second object, the method comprising positioning the first object such that the first object surrounds the second object, and applying an electrical signal to the first object. Applying, and configured to magnetize at least a portion of the second object by the electrical signal. This method is such that when the end of the second object is shorted outside the first object, for example, two such ends are electrically connected to each other by wires guided outside the first object. In some cases it works exceptionally well.

次に、従属請求項を参照して、本発明のさらなる実施形態を説明する。   Further embodiments of the invention will now be described with reference to the dependent claims.

以下に、物体を磁化する方法の例示的な実施形態について記述する。但し、これらの実施形態についてはまた、物体を磁化するための装置と、力及びトルクの検出装置を校正するための方法及び装置と、特定の技術分野における物体を磁化するための装置の使用と、特定の技術分野における力及びトルクの検出装置を校正するための装置の使用とに適用される。   In the following, an exemplary embodiment of a method for magnetizing an object is described. However, for these embodiments, there is also an apparatus for magnetizing an object, a method and apparatus for calibrating a force and torque detection device, and the use of an apparatus for magnetizing an object in a particular technical field. As well as the use of a device for calibrating force and torque detection devices in a particular technical field.

第一電気信号は、第一パルス信号又は一連の継続するパルス信号である。そのようなパルス信号は特に、ある規定の期間のみに零と異なる信号である。   The first electrical signal is a first pulse signal or a series of continuous pulse signals. Such a pulse signal is in particular a signal that differs from zero only during a certain specified period.

例えば、時間対電流図において、第一パルス信号は、基本的に垂直な、速い立ち上がりエッジを有し、緩やかな立ち下がりエッジを有する。そのようなパルス信号を用いると、得られる磁気的なエンコード領域が高い品質を持つ。また、複数のそのようなパルスを順次に印加して、磁気的なエンコード領域を形成することができる。   For example, in the time-to-current diagram, the first pulse signal has a fast rising edge that is essentially vertical and a slow falling edge. When such a pulse signal is used, the obtained magnetic encoding region has high quality. Also, a plurality of such pulses can be applied sequentially to form a magnetic encoding region.

第二電気信号は、第一電気信号を加えた後で第二物体に加えられ、第二電気信号が、少なくとも第一物体又は第二物体あるいは両物体の一部分が磁化されるように構成される。そして、第二電気信号は、振幅、符号、信号波形及び持続時間からなるグループのうちの少なくとも1つに関して第一電気信号と異なる。   The second electrical signal is applied to the second object after applying the first electrical signal, and the second electrical signal is configured to magnetize at least the first object or the second object or a portion of both objects. . The second electrical signal is different from the first electrical signal with respect to at least one of the group consisting of amplitude, sign, signal waveform, and duration.

本実施形態によると、電流の流れる方向が反対とされる、2つのパルスが第二物体に印加される。   According to this embodiment, two pulses are applied to the second object whose current flow directions are opposite.

第二電気信号は、第二パルス信号又は一連の継続するパルス信号であり、それは時間対電流図において、基本的に垂直な立ち上がりエッジを有し、そして遅い立ち下がりエッジを有する。   The second electrical signal is a second pulse signal or a series of continuous pulse signals that have an essentially vertical rising edge and a slow falling edge in the time-current diagram.

本発明の方法の実施形態によると、第一物体は、第一電気信号及び第二電気信号を印加することによって磁化されるが、第一物体又は第二物体の表面あるいは第一物体及び第二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、第一方向に第一磁気流(電磁流量)が生じ、そして第二方向に第二磁気流が生じ、その際、該第一方向が第二方向とは反対とされる。2層の磁化の幾何学的方向は、磁化可能な材料に印加される2つの異なるパルスに起因し、これにより、以下に記述する技術に従ってPCMEのようなセンサーが製造される。   According to an embodiment of the method of the invention, the first object is magnetized by applying a first electrical signal and a second electrical signal, but the surface of the first object or the second object or the first object and the second object. A magnetic field structure is generated in a direction essentially perpendicular to the surface of the object, producing a first magnetic flow (electromagnetic flow) in the first direction and a second magnetic flow in the second direction, The first direction is opposite to the second direction. The geometric direction of the magnetization of the two layers is due to two different pulses applied to the magnetizable material, thereby producing a sensor like PCME according to the technique described below.

第二電気信号はまた、電流又は電圧である。   The second electrical signal is also a current or voltage.

次に、物体を磁化するための装置の例示的な実施形態について記述する。但し、これらの実施形態はまた、物体を磁化するための方法と、力及びトルクの検出装置を校正するための方法及び装置と、特定技術分野における物体を磁化するための装置の使用と、特定の技術分野における力及びトルクの検出装置を校正するための装置の使用に適用される。   An exemplary embodiment of an apparatus for magnetizing an object will now be described. However, these embodiments also provide a method for magnetizing an object, a method and apparatus for calibrating a force and torque detection device, and the use and identification of a device for magnetizing an object in a particular technical field. Applied to the use of a device for calibrating force and torque detection devices in the technical field.

第一物体は中空管である。例えば、第二物体を取り囲む第一物体には、中空円筒等を用いることができる。この構造は、非常に対称的な幾何学的構造を提供し、製造が容易である。しかしながら、中空管として配置される第一物体については、必ずしも円形の断面をもつ必要はなく、多角形(例えば、三角形又は四角形)の幾何学的構造の断面を持つことができる。そのような、更に非対称な配置を用いてセンシング特性を改善することができる。   The first object is a hollow tube. For example, a hollow cylinder or the like can be used for the first object surrounding the second object. This structure provides a very symmetric geometric structure and is easy to manufacture. However, the first object arranged as a hollow tube need not necessarily have a circular cross section, but can have a polygonal (eg, triangular or square) geometric cross section. Such a more asymmetrical arrangement can be used to improve the sensing characteristics.

第二物体は、ワイヤ又はシャフト又は中空管である。そのようなシャフト又はワイヤは、第一物体の対称軸に沿って配置され、特に中空管として具体化される第一物体の対称軸に沿って配置される。第二物体が中空管である実施形態において、第二物体としての中空管の半径は、第一物体としての中空管の半径より小さく、よって、第二物体は第一物体によって取り囲まれる。中空管として配置される第二物体は、必ずしも円形断面をもつことはなく、また多角形(例えば、三角形又は四角形)の幾何学的構造の断面を持つことができる。そのような、更に非対称な配置を用いてセンシング特性を改善することができる。   The second object is a wire or shaft or a hollow tube. Such a shaft or wire is arranged along the axis of symmetry of the first object, in particular along the axis of symmetry of the first object embodied as a hollow tube. In an embodiment in which the second object is a hollow tube, the radius of the hollow tube as the second object is smaller than the radius of the hollow tube as the first object, so that the second object is surrounded by the first object. . The second object arranged as a hollow tube does not necessarily have a circular cross section and can have a polygonal (eg, triangular or square) geometric cross section. Such a more asymmetrical arrangement can be used to improve the sensing characteristics.

第二物体は、第一物体の中心に配置される。この構成において、非常に対称な電流及び磁場の分布が達成される。   The second object is arranged at the center of the first object. In this configuration, a very symmetrical current and magnetic field distribution is achieved.

電気信号源はキャパシタ・バンクを含む。そのようなキャパシタ・バンクは複数のキャパシタ(コンデンサ)を含み、それらは全体で、非常に大きな電流振幅及び小さな時間幅をもったパルス信号を生成することができ、特に採鉱及び掘削装置の分野で想起される大きな物体を磁化するために生成される。そのようなキャパシタ・バンクは、例えば、0.5Fの容量を持つ。キャパシタ・バンクの他の選択肢として、電気信号源又は電力源が、通常の電源装置又はパワーパックを備えてもよい。   The electrical signal source includes a capacitor bank. Such a capacitor bank comprises a plurality of capacitors (capacitors), which can generate a pulse signal with a very large current amplitude and a small time width as a whole, especially in the field of mining and drilling rigs. Generated to magnetize large objects that are recalled. Such a capacitor bank has a capacity of 0.5 F, for example. As another option for the capacitor bank, the electrical signal source or power source may comprise a normal power supply or power pack.

第一物体は、第一接続部を持ち、そして第二接続部を持ってもよいし、第二物体が第一電気接続部及び第二電気接続部を持ってもよい。第一物体の第二電気接続部は、第二物体の第一電気接続部に結合される。この実施形態によると、2つの物体は、第一物体の一部分(例えば、1つの端部)が、第二物体の一部分(例えば、1つの端部)に結合するようにして接続される。この構成によって、第二物体を通して流れる電流が第一物体に注入され、電流を発生する磁場の「フィードバック」が達成される。このフィードバックによって、反対方向の磁場が第一物体に発生され、第二物体を通して流れる電流とともに、非常に対称な配置を与え、そして物体内部に有利な電流分布が生じる。この種の磁気的エンコーディングを有するトルク及び力のセンサーは、非常に高い信号対ノイズ(S/N)比と、小さいヒステリシスを持つ。   The first object may have a first connection and may have a second connection, or the second object may have a first electrical connection and a second electrical connection. The second electrical connection of the first object is coupled to the first electrical connection of the second object. According to this embodiment, two objects are connected such that a portion of the first object (eg, one end) is coupled to a portion of the second object (eg, one end). With this arrangement, current flowing through the second object is injected into the first object, and a “feedback” of the magnetic field generating the current is achieved. With this feedback, a magnetic field in the opposite direction is generated in the first object, giving a very symmetrical arrangement with the current flowing through the second object, and an advantageous current distribution inside the object. Torque and force sensors with this type of magnetic encoding have very high signal-to-noise (S / N) ratios and small hysteresis.

前述の実施形態に関して、電気信号源は、第一電気信号が第一物体の第一電気接続部と第二物体の第二電気接続部との間で印加できるように接続される。この回路構成によると、電流は、第一物体の第一電気接続部から第一物体の第二電気接続部へ、そしてそこから第二物体の第一電気接続部へ、そしてそこから第二物体の第二電気接続部へと流れる。   With respect to the previous embodiment, the electrical signal source is connected such that a first electrical signal can be applied between the first electrical connection of the first object and the second electrical connection of the second object. According to this circuit arrangement, the current is transferred from the first electrical connection of the first object to the second electrical connection of the first object, from there to the first electrical connection of the second object, and from there to the second object. To the second electrical connection.

第一物体は第三電気接続部を持つこともでき、そして第二物体が第三電気接続部を持ってもよい。   The first object can also have a third electrical connection, and the second object can have a third electrical connection.

この実施形態に関して、電気信号源は、第一電気信号が第一物体の第一電気接続部と第二物体の第二電気接続部との間で印加できるように接続され、そして、第二電気信号が、第一物体の第三電気接続部と第二物体の第三電気接続部との間で印加できるように接続される。この構成により、第一及び第二物体の両端部から磁化電流を流すことができるとともに、第一及び第二物体がそれらの中央部で互いに電気的に結合される。   For this embodiment, the electrical signal source is connected such that a first electrical signal can be applied between the first electrical connection of the first object and the second electrical connection of the second object, and the second electrical signal A signal is connected such that it can be applied between the third electrical connection of the first object and the third electrical connection of the second object. With this configuration, a magnetizing current can flow from both ends of the first and second objects, and the first and second objects are electrically coupled to each other at their center.

装置は更に、第一物体の第二電気接続部を第二物体の第一電気接続部に結合するように配置された導電性結合要素を備えてもよい。そのような導電性結合要素は、金属板のような導電性プレートであり、それは第二物体としてのシャフトの一端部に結合され、そして第一物体としての中空管の一端面に結合される。しかしながら、導電性結合要素はまた、簡単なワイヤ等で実現してもよい。導電性結合要素はまた、導電性の液体、例えば、水銀をベースにしたもので実現してもよい。   The apparatus may further comprise a conductive coupling element arranged to couple the second electrical connection of the first object to the first electrical connection of the second object. Such a conductive coupling element is a conductive plate, such as a metal plate, which is coupled to one end of a shaft as a second object and is coupled to one end face of a hollow tube as a first object. . However, the conductive coupling element may also be realized with a simple wire or the like. The conductive coupling element may also be realized with a conductive liquid, for example based on mercury.

第一物体に加えて、第二物体は第一電気信号が印加された場合に磁化されるように構成することができる。換言すれば、第一物体が第二物体を取り囲むようにされた上述の配置によると、両方の物体が磁化され、それらはトルク又は力センサーの磁化された物体として使用できる。   In addition to the first object, the second object can be configured to be magnetized when a first electrical signal is applied. In other words, according to the arrangement described above in which the first object is surrounded by the second object, both objects are magnetized and they can be used as magnetized objects of the torque or force sensor.

第二物体は第一接続部及び第二接続部を含むことができ、電気信号源は第二物体の第一接続部と第二接続部の間に接続される。この回路構成によると、電気信号源は、第一物体と断絶される。換言すると、この構成はトランスのような配置と考えることができ、第二物体を取り巻く第一物体が、2つの物体の間に直接のオーム接触なしに磁化される。これに関連して、第一物体の磁化は、第二物体に伝播する電気信号によって生じ、そして第一物体の材料における要素磁石を整列させることによって起きる。   The second object can include a first connection and a second connection, and the electrical signal source is connected between the first connection and the second connection of the second object. According to this circuit configuration, the electrical signal source is disconnected from the first object. In other words, this configuration can be thought of as a transformer-like arrangement, in which the first object surrounding the second object is magnetized without a direct ohmic contact between the two objects. In this connection, the magnetization of the first object is caused by an electrical signal propagating to the second object and is caused by aligning the element magnets in the material of the first object.

1つの典型的な実施形態によると、第二物体の一部は、第一物体により包囲されず、そして更に装置は遮蔽要素を含むことができる。該遮蔽要素は、第一物体で包囲されない第二物体の部分を、第一物体から電磁的に遮蔽するように配置及び構成される。この実施形態では、電気信号源への第二物体の配線がまた、磁場を発生させること、即ち、第一物体で包囲され又は取り囲まれた第二物体の部分によって発生する磁化を弱めるように、第一物体に影響を及ぼす磁場が発生することを考慮している。そのような望ましくない弱化を回避し、そして第一物体における一様且つ再現可能な磁化を達成するために、遮蔽要素は、第一物体で覆われていない第二物体の配線部分によって発生する磁場を遮蔽する。   According to one exemplary embodiment, a part of the second object is not surrounded by the first object, and further the device can include a shielding element. The shielding element is arranged and configured to electromagnetically shield a portion of the second object not surrounded by the first object from the first object. In this embodiment, the wiring of the second object to the electrical signal source also generates a magnetic field, i.e. weakens the magnetization generated by the part of the second object surrounded or surrounded by the first object, Considering the generation of a magnetic field that affects the first object. In order to avoid such undesired weakening and to achieve uniform and reproducible magnetization in the first object, the shielding element is a magnetic field generated by the wiring portion of the second object that is not covered by the first object Shield.

そのような遮蔽要素は、例えば、チューブのような物体でも良く、それは、第一物体と第一物体で包囲されない第二物体の部分との間に配置される磁化可能な材料で形成されるという選択肢もある。この構成では、遮蔽要素が、ある種の磁気的な「影」を形成し、第一物体を、第一物体により覆われていない第二物体の一部分から磁気的に分断する。   Such a shielding element may be, for example, an object such as a tube, which is formed of a magnetizable material disposed between a first object and a portion of a second object that is not surrounded by the first object. There are also options. In this configuration, the shielding element creates some kind of magnetic “shadow” and magnetically decouples the first object from a portion of the second object not covered by the first object.

また、遮蔽要素は、一本のチューブ(磁化可能な材料で任意に形成される)でもよく、これは、第一物体で包囲されない第二物体の部分を取り囲むように配置される。この実施形態によると、遮蔽チューブは、第一物体によって囲まれていない第二物体の部分のうち、その少なくとも一部分を取り囲む。   The shielding element may also be a single tube (optionally formed of magnetizable material), which is arranged to surround a portion of the second object that is not surrounded by the first object. According to this embodiment, the shielding tube surrounds at least a portion of the portion of the second object that is not surrounded by the first object.

別の選択肢として、遮蔽要素は、複数のチューブ(磁化可能な材料で任意に形成される)でもよく、それらは、第一物体で包囲されない第二物体の部分のうち、少なくとも一部分を取り囲むように配置される。そのような遮蔽チューブについては、遮蔽されるべき第二物体の部分の周りに、対称的に配置してもよい。   As another option, the shielding element may be a plurality of tubes (optionally formed of magnetizable material) so that they surround at least a portion of the portion of the second object that is not surrounded by the first object. Be placed. Such a shielding tube may be arranged symmetrically around the part of the second object to be shielded.

次に、力及びトルクの検出装置を校正するための装置の実施形態について説明する。但し、これらの実施形態はまた、物体を磁化するための方法及び装置と、力及びトルクの検出装置を校正するための方法と、特定技術分野における物体を磁化するための装置の使用と、特定技術分野における力及びトルクの検出装置を校正するための装置の使用に適用する。   Next, an embodiment of an apparatus for calibrating a force and torque detection apparatus will be described. However, these embodiments also provide a method and apparatus for magnetizing an object, a method for calibrating a force and torque detector, and the use and identification of an apparatus for magnetizing an object in a particular technical field. Applies to the use of devices for calibrating force and torque detection devices in the technical field.

校正装置において,既知の力を発生させる要素には既知の錘を用いることができる。この既知の錘は、例えば、1000kgとされ、これは、校正されるべき中空円筒状をした、力及びトルク検出装置の上部にただ載置されて、検出装置に加えられる一定且つ既知の軸方向荷重を形成し、それによって高精度な校正が可能となる。   In the calibration apparatus, a known weight can be used as an element that generates a known force. The known weight is, for example, 1000 kg, which is in the form of a hollow cylinder to be calibrated, just placed on top of the force and torque detection device and applied to the detection device in a constant and known axial direction. A load is formed, which enables high-precision calibration.

また、既知の力を発生させる要素は、既知のせん断応力を加えるように構成される。せん断応力を加えることによって、一対のデータ値(力と、これに起因する磁気信号)を校正のための基礎として得ることができる。   Also, the element that generates the known force is configured to apply a known shear stress. By applying a shear stress, a pair of data values (force and magnetic signal resulting from it) can be obtained as a basis for calibration.

あるいは、既知の力を発生させる要素が、既知のトルク、特に既知の反作用トルクであるように構成される。   Alternatively, the element generating the known force is configured to be a known torque, in particular a known reaction torque.

本発明の上記及び他の性質、目的、特長及び利点は、同一の部分又は要素が同一の参照番号で示してある添付の図と一緒に、次の説明及び添付の請求項から明白になる。   The above and other features, objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like parts or elements are designated with like reference numerals.

先ず、シャフトのようなセンサー素子を持つセンサーを開示する。センサー素子は次の製造工程に従って製造される。即ち、
・センサー素子に第一電流パルスを加える際に、
・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、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にエンコードされた領域を生成する。
First, a sensor having a sensor element such as a shaft is disclosed. The sensor element is manufactured according to the following manufacturing process. That is,
When applying the first current pulse to the sensor element
The first current pulse is applied so that the first current flows in a first direction along the longitudinal axis of the sensor element;
The first current pulse creates a magnetically encoded region in the sensor element by applying the current pulse.

更に別の第二電流パルスが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。   It is disclosed that yet another second current pulse may be applied to the sensor element. The second current pulse is applied so that the second current flows in a direction along the longitudinal axis of the sensor element.

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。   It is also disclosed that the directions of the first and second current pulses may be opposite to each other. Also, each of the first and second current pulses may have a rising edge and a falling edge. For example, the rising edge is steeper than the falling edge.

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。   Applying a current pulse results in a magnetic field structure in the sensor element, the structure having a first annular magnetic current having a first direction and a second magnetic field having a second direction in the cross-sectional view of the sensor element. Current is assumed to exist. The radius of the first magnetic flow may be larger than the radius of the second magnetic flow. In a shaft with a non-circular cross-section, the magnetic flow is not necessarily circular and basically has a shape that corresponds to and conforms to the cross-section of the respective sensor element.

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、次に更に詳細に記述する。   If no torque is applied to the sensor element, it is considered that there is no magnetic field that can be detected externally or that there is essentially no magnetic field. When torque or force is applied to the sensor element, a magnetic field is generated from the sensor element that can be detected by a suitable coil. This will now be described in more detail.

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おいて離れている。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。   The torque sensor has a circumferential surface that surrounds the core region of the sensor element. The first current pulse is introduced into the sensor element at a first position on the circumferential surface such that the first current flows in a first direction within the core region of the sensor element. The first current pulse is emitted from the sensor element at a second position on the circumferential surface. The second position is separated from the first position in the first direction. The second current pulse is introduced into the sensor element at or near the second position on the circumferential surface so that the second current flows in the second direction in or near the core area of the sensor element. May be. The second current pulse is emitted from the sensor element at or near the first position on the circumferential surface.

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。例として、実際の接触領域は、例えば、電極としての、真鍮リングでできた電極領域を設けることで与えられる。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ように、シャフトの周りでループ状にされてもよい。   As already mentioned, the sensor element may be a shaft. With respect to the core region of such a shaft, it may extend in the longitudinal direction and extend inside the shaft so that the core region surrounds the center of the shaft. The circumferential surface of the shaft is the outer surface of the shaft. The first and second positions are each in a circumferential region outside the shaft. There may be a limited number of contact portions that make up those regions. By way of example, the actual contact area is given, for example, by providing an electrode area made of a brass ring as an electrode. The conductor core may also be looped around the shaft to provide good electrical contact between the shaft and the conductor, such as an uninsulated cable.

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、各種の使用材料及びセンサー素子の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。   The first current pulse and the second current pulse are not applied to the sensor element at one end surface of the sensor element. The first current pulse can have a maximum value between 40 and 1400 amps, or 60 to 800 amps, or 75 to 600 amps, or 80 to 500 amps. The current pulse may have a maximum value so that proper encoding is made to the sensor element. However, because of the various materials used, the various shapes of the sensor elements and the various sizes of the sensor elements, the maximum value of the current pulse is adjusted according to these parameters. The second current pulse may have a similar maximum value, or may have a maximum value that is about 10, 20, 30, 40, or 50% less than the first maximum value. However, the second current pulse may also have a higher maximum value that is 10, 20, 40, 50, 60, or 80% higher than the first maximum value.

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。   The duration of these pulses may be the same. However, it is possible that the first pulse has a sufficiently longer duration than the second pulse. Alternatively, it is also possible that the second pulse has a longer duration than the first pulse.

第一及び/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。尚、第一持続時間が200msより短く、第二持続時間は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。   The first and / or second current pulse has a first duration from the start of the pulse to a maximum value and a second duration from the maximum value to essentially the end of the pulse. The first duration may be sufficiently longer than the second duration. For example, the first duration may be shorter than 300 ms and the second duration may be longer than 300 ms. It is also possible that the first duration is shorter than 200 ms and the second duration is longer than 400 ms. Also, the first duration may be between 20 ms and 150 ms, in which case the second duration may be between 180 ms and 700 ms.

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。   As described above, it is possible to add not only a plurality of first current pulses but also a plurality of second current pulses. The sensor element may be made of steel and the steel may contain nickel. The primary sensor, i.e. the sensor material used for the sensor element, is DIN 1.2721, or 1.4313, or 1.4542, or 1.2787, or 1.4034, or 1.4021, or 1.5752, or It may be 50NiCr13, or X4CrNi13-4, or X5CrNiCuNb16-4, or X20CrNi17-4, or X46Cr13, or X20Cr13, or 14NiCr14, or S155, as described in 1.6928.

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。   The first current pulse is applied by an electrode system having at least a first electrode and a second electrode. The first electrode is located at or near the first position, and the second electrode is located at or near the second position.

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部円周表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。   Each of the first and second electrodes may have a plurality of electrode pins. In each of the first and second electrodes, a plurality of electrode pins are arranged circumferentially around the sensor element, wherein the sensor element is at a plurality of contact points on the outer circumferential surface of the shaft at the first and second positions. Contacted by the electrode pins of the first and second electrodes.

上記したように、電極ピンの代わりに、層状又は2次元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。   As described above, a layered or two-dimensional electrode surface may be used instead of the electrode pin. For example, the electrode surface is applied to the surface of the shaft to ensure good contact between the electrode and the shaft material.

少なくとも第一電流パルスの1つ及び少なくとも第二電流パルスの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されるように磁場構造を持つことになる。第一方向が第二方向とは反対とされる。   At least one of the first current pulses and at least one of the second current pulses may be applied to the sensor element so that the sensor element has a magnetically encoded region and is fundamental to the surface of the sensor element. In the direction perpendicular to the magnetic field, the magnetically encoded region of the sensor element has a magnetic field structure such that the first magnetic current is in the first direction and the second magnetic current is in the second direction. The first direction is opposite to the second direction.

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。   In a cross-sectional view of the sensor element, a first circular magnetic flow having a first direction and a first radius is generated, and a second circular magnetic flow having a second direction and a second radius is generated. The first radius may be larger than the second radius.

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。   Further, the sensor element may have a first pinned zone near the first position and a second pinned zone near the second position.

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。   The pinned zone can be formed according to the following method. According to this method, in order to form the first pinned zone at or near the first position, the third current pulse is applied to the circumferential surface of the sensor element so that the third current flows in the second direction. Add to. This third current is emitted from the sensor element at a third position away from the first position in the second direction.

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は、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。   Also, in order to form the second pinned zone at or near the second position, a fourth current pulse is applied to the sensor element at the circumferential surface so that the fourth current flows in the first direction. Also good. The fourth current is discharged at a fourth position away from the second position in the first direction.

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。第一及び第二方向は互いに反対とされる。   The torque sensor is provided including a first sensor element having a magnetically encoded region, the first sensor element having one surface. In a direction essentially perpendicular to the surface of the first sensor element, the magnetically encoded region of the first sensor element has a first magnetic current in the first direction and a second magnetic current in the second direction. It can have a magnetic field structure to be oriented. The first and second directions are opposite to each other.

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。   The torque sensor may further include a second sensor element using one or more magnetic field detectors. The second sensor element is configured to detect variations (variations) in the magnetically encoded region. More precisely, the second sensor element is configured to detect a change in the magnetic field emanating from the magnetically encoded region of the first sensor element.

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。   The magnetically encoded region extends longitudinally along a portion of the first sensor element, but does not extend from one end surface of the first sensor element to the other end surface of the first sensor element. In other words, the magnetically encoded region does not extend along all of the first sensor element, but extends only along a portion thereof.

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。   The first sensor element has a change in the material of the first sensor element, which changes the magnetically encoded region or generates the magnetically encoded region. Caused by at least one current pulse or surge current. Such material changes may be caused, for example, by different contact resistances between the electrode system applying the current pulse and the surface of each sensor element. Such a change is, for example, a burn mark, a color difference, or an annealing mark.

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。   The above change is on the outer surface of the sensor element and not on the end face of the first sensor element, because the current pulse is applied to the outer surface of the sensor element and not on its end face.

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。   The shaft for the magnetic sensor can have at least two circular magnetic loops running in opposite directions in its cross section. Such a shaft is manufactured according to the manufacturing method described above.

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。   Furthermore, the shaft is provided with at least two circular magnetic loops arranged concentrically.

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。   A shaft for the torque sensor is manufactured and provided according to the following manufacturing steps, first a first current pulse is applied to the shaft. The first current pulse is applied to the shaft such that the first current flows in a first direction along the longitudinal axis of the shaft. The first current pulse is applied such that applying the current pulse creates a magnetically encoded region in the shaft. This is done by using the electrode system described above and by applying the current pulse described above.

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されてもよく、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。   An electrode system may be provided for applying a current surge to the sensor element for the torque sensor, the electrode system having at least a first electrode and a second electrode, the first electrode being a first on the outer surface of the sensor element. Installed in position. The second electrode is installed at a second position on the outer surface of the sensor element. The first and second electrodes are configured to apply and emit at least one current pulse at the first and second positions, whereby current flows in the core region of the sensor element. At least one current pulse creates a magnetically encoded region in a portion of the sensor element.

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表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。   The electrode system may include at least two groups of electrodes, each including a plurality of electrode pins. The electrode pin of each electrode is arranged on one circle, and the sensor element contacts the electrode pin of the electrode at a plurality of contact points on the outer surface of the sensor element.

尚、センサー素子の外表面はセンサー素子の端面を含まない。   The outer surface of the sensor element does not include the end face of the sensor element.

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で示され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。第一位置は参照番号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番号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の外表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。   FIG. 1 shows one exemplary embodiment of a torque sensor according to the present invention. The torque sensor includes a first sensor element, i.e. shaft 2, having a rectangular cross section. The first sensor element 2 basically extends along the direction indicated by X. An encoded region 4 exists in the center of the first sensor element 2. The first position is indicated by reference numeral 10 and indicates one end of the encoded area, and the second position is indicated by reference numeral 12 and the other end of the encoding area, ie the area 4 to be magnetically encoded. Indicates. Arrows 14 and 16 indicate applying a current pulse. As shown in FIG. 1, the first current pulse is applied to the first sensor element 2 in the external region next to or near the first position 10. For example, as will be described in detail later, the current is applied to the first sensor element 2 at a plurality of points or regions near the first position and surrounding the outer surface of the first sensor element 2, for example, along the first position 10. To be introduced. As indicated by the arrow 16, the current pulse is emitted from the first sensor element 2, for example at a plurality of locations along the edge of the region 4 to be encoded, near or next to the second position 12 or in situ. . As described above, a plurality of current pulses may be sequentially applied with a direction alternately changing from the position 10 to the position 12 or from the position 12 to the position 10.

参照番号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2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。   Reference numeral 6 denotes a second sensor element, which is, for example, a coil connected to the control circuit 8. The control circuit 8 is configured to process the signal output by the second sensor element 6, and the output signal is output from the control circuit in response to the torque applied to the first sensor element 2. The control circuit 8 may be an analog or digital circuit. The second sensor element 6 is configured to detect a magnetic field emanating from the encoded region 4 of the first sensor element 2.

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。   As already mentioned, there is essentially no magnetic field detected by the second sensor element 6 if there is no stress or force applied to the first sensor element 2. However, when a stress or force is applied to the first sensor element 2, there is a change in the magnetic field emanating from the encoded region so that an increase in the magnetic field from a state where there is almost no magnetic field is detected by the second sensor element 6. become.

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。   According to another exemplary embodiment of the present invention, there is a magnetic field that can be detected outside or near the encoded region 4 of the first sensor element 2 even if there is no stress applied to the first sensor element. Note that it can. However, it should be noted that the stress applied to the first sensor element 2 causes a change in the magnetic field emanating from the encoded region 4.

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記述する。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。   2a, 2b, 3a, 3b, and 4, a method for manufacturing a torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention will now be described. In particular, the method relates to the magnetization of the magnetically encoded region 4 of the first sensor element 2.

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番号10で示され、そして第一センサー素子2の外表面の円周部であってもよい。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、その端部は参照番号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表面で、好ましくは、位置12の近くか又は近傍の領域において円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平行して位置12に流れる。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。   As can be seen from FIG. 2a, a current I is applied to one end of the region 4 that is magnetically encoded. This end portion already described is indicated by reference numeral 10 and may be a circumferential portion of the outer surface of the first sensor element 2. The current I is emitted from the first sensor element 2 at the other end of the magnetically encoded region (ie the region to be magnetically encoded), which is indicated by reference numeral 12 Is called the second position. Current is drawn from the first sensor element on its outer surface, preferably in the circumferential direction in the region near or near position 12. As indicated by the dashed line between positions 10 and 12, the current I introduced to the first sensor element at or along position 10 flows to position 12 through or parallel to the core region. In other words, the current I flows through the region 4 to be encoded in the first sensor element 2.

図2bは、AA’に沿った断面図を示す。図2bの概略的表現として、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。   FIG. 2b shows a cross-sectional view along AA '. As a schematic representation of FIG. 2b, the current is shown in the plane of FIG. Here, the current is shown at the center of the cross section of the first sensor element 2. With the introduction of a current pulse having the shape described above or below and having the maximum value described above or below, it has a magnetic flow direction in one direction in the cross-sectional view, here in the clockwise direction. A magnetic flow structure 20 results. The magnetic flow structure 20 shown in FIG. 2b is basically drawn in a circle. However, the magnetic flow structure 20 matches the actual cross section of the first sensor element 2 and may be, for example, more elliptical.

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。   FIGS. 3a and 3b show the steps of the method according to one exemplary embodiment of the invention, which can be applied after the steps shown in FIGS. 2a and 2b. FIG. 3a shows a first sensor element according to one exemplary embodiment of the invention applying a second current pulse, and FIG. 3b shows a cross-sectional view along BB ′ of the first sensor element 2. .

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。従って、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べき領域4を通る電流が生じる。   As can be seen from FIG. 3a, in comparison to FIG. 2a, the current I, indicated by the arrow 16 in FIG. 3a, is introduced into the sensor element 2 at or near position 12 and the sensor element at or near position 10 2 is released, i.e. removed. In other words, the current is released in FIG. 3a at the location introduced in FIG. 2a, and vice versa. Thus, the introduction and discharge of the current I to the first sensor element 2 in FIG. 3a produces a current through the region 4 to be magnetically encoded, as opposed to each current in FIG. 2a.

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。   The current is shown in the core region of the sensor element 2 in FIG. As can be seen from a comparison between FIG. 2b and FIG. 3b, the magnetic flow structure 22 has the opposite direction to the magnetic flow structure 20 in FIG. 2b.

以前に示したように、図2a、2b、3a、及び3bに描かれたステップを、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に描かれたステップが行われ、次に図3a及び3bに描かれたステップが行われる時、図4に描かれたエンコードされた領域4を通して断面図に描かれた磁気流構造が作られる。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。従って、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。   As previously indicated, the steps depicted in FIGS. 2a, 2b, 3a, and 3b may be applied individually or continuously with each other. When the steps depicted in FIGS. 2a and 2b are first performed and then the steps depicted in FIGS. 3a and 3b are performed, the magnetism depicted in the cross-sectional view through the encoded region 4 depicted in FIG. A flow structure is created. As can be seen from FIG. 4, the two magnetic flow structures 20 and 22 are both encoded in the encoding region. Accordingly, the first magnetic current has a first direction in a direction essentially perpendicular to the surface of the first sensor element 2 in the direction toward the core of the sensor element 2, and the second magnetic current is below it. Will have a second direction. As shown in FIG. 4, the directions of magnetic flow are opposite to each other.

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。このことについては、以下に詳述する。   Therefore, when no torque is applied to the first torque sensor element 2, the two magnetic flow structures 20 and 22 cancel each other, and basically no magnetic field exists outside the encoded region. However, when stress or force is applied to the first sensor element 2, the magnetic flow structures 20 and 22 stop canceling and a magnetic field is generated outside the encoded region, which is detected by the second sensor element 6. This will be described in detail below.

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、例えば、図2a、2b、3a、3b、及び4に描かれたステップ及び配置に従ってエンコードされるエンコード領域4を持つ。   FIG. 5 shows another typical example of the first sensor element 2 according to one exemplary embodiment of the present invention, which is manufactured by a manufacturing method according to one exemplary embodiment of the present invention. May be used in a torque sensor according to one exemplary embodiment. As can be seen from FIG. 5, the first sensor element 2 has an encoding region 4 which is encoded, for example, according to the steps and arrangements depicted in FIGS. 2a, 2b, 3a, 3b and 4.

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が、より明確になる。   In the vicinity of positions 10 and 12, pinning zones 42 and 44 are arranged. These zones 42 and 44 are provided in order to avoid instability of the encoding region 4. In other words, the start position and the end position of the encoding area 4 become clearer by the pinning zones 42 and 44.

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、つまり、そこ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番号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で示す。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。   In short, the first pinned zone 42 is formed, for example, by introducing a current 38 into the first sensor element 2 near or near the first position 10 in the same manner as described with reference to FIG. Is done. However, the current I is emitted from the first sensor element 2 at a first position 30 near the position 10, i.e. away from the end of the region encoded there. This additional location is indicated by reference numeral 30. The introduction of this additional current pulse I is indicated by arrow 38 and its emission is indicated by arrow 40. The current pulse has the same shape as described above and has a maximum value.

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。   In order to form the second pinned zone 44, current is introduced into the first sensor element 2 at a location 32 near the location 12, ie, away from the end of the region 4 encoded in the vicinity thereof. Current is then emitted from the first sensor element 2 at or near position 12. The introduction of current pulse I is indicated by arrows 34 and 36.

ピン止めゾーン42及び44について好ましくは、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において、それぞれに近接する磁気流構造とは反対の方向とされる。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。   Preferably for the pinned zones 42 and 44, the magnetic flow structures of these pinned zones 42 and 44 are in opposite directions to the adjacent magnetic flow structures in the adjacent encoding region 4, respectively. As can be seen from FIG. 5, the pinned zone is encoded into the first sensor element 2 after coding of the encoding region 4 or complete coding.

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。   FIG. 6 shows another exemplary embodiment of the present invention, where there is no encoding region 4. In other words, according to one exemplary embodiment of the present invention, the pinned zone is encoded in the first sensor element 2 before actually encoding the magnetically encoded region 4.

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。   FIG. 7 shows a simplified flowchart for a method of manufacturing a first sensor element 2 for a torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention.

ステップS1での開始後、方法はステップS2に続き、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。   After the start in step S1, the method continues to step S2 and a first pulse is applied as described with reference to FIGS. 2a and 2b. Then, after step S2, the method continues to step S3 and a second pulse is applied as described with reference to FIGS. 3a and 3b.

それから、方法はステップS4に続き、ピン止めゾーンが第一センサー素子2にコード化される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る場合に、方法はステップS7に続き、そこで終了する。   The method then continues to step S4, where it is determined whether the pinned zone is to be encoded on the first sensor element 2. If it is determined in step S4 that there is no pinned zone, the method continues to step S7, where it ends.

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で示されている方向でピン止めゾーン42に加えられ、そして矢印34及び36で示されている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。   If it is determined in step S4 that the pinning zone is encoded on the first sensor element 2, the method continues to step S5, where the third pulse is pinned zone 42 in the direction indicated by arrows 38 and 40. And is added to the pinning zone 44 in the direction indicated by arrows 34 and 36. The method then continues to step S6 where a fourth pulse is applied to each pinned zone 42 and 44. For the pinned zone 42, the fourth pulse is applied in the opposite direction to that indicated by arrows 38 and 40. Also, with respect to the pinning zone 44, a fourth pulse is applied to the pinning zone having the opposite direction of the arrows 34 and 36. The method then continues to step S7 where it ends.

換言すると、2つのパルスは、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加えられる。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。   In other words, two pulses are applied to encode the magnetically encoded region 4. These current pulses have, for example, opposite directions. In addition, two pulses, each with a corresponding direction, are applied to the pinned zone 42 and applied to the pinned zone 44.

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形を示す。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。   FIG. 8 shows the current versus time diagram of the pulses applied to the magnetically encoded region 4 and the pinned zone. The positive direction of the y axis in FIG. 8 indicates the current in the x direction, and the negative direction of the y axis in FIG. 8 indicates the current in the y direction.

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。   As can be seen from FIG. 8, a current pulse in the x direction is first applied for the coding of the magnetically encoded region 4. As can be seen from FIG. 8, the rising edge of the pulse is very sharp, while its falling edge tends to be relatively long compared to the tendency of the rising edge. As shown in FIG. 8, the pulse may have a maximum value of about 75 amps. In other applications, the pulse may not be as sharp as shown in FIG. However, the rising edge should be steeper or have a shorter duration than the falling edge.

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。   The second pulse is then applied to the encoding region 4 in the opposite direction. The pulse may have the same shape as the first pulse. However, the maximum value of the second pulse may also be different from the maximum value of the first pulse. The peripheral shape of the pulse may be different.

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に描かれているように、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。   Then, for pinning zone coding, pulses similar to the first and second pulses are applied to the pinning zone as described in connection with FIGS. Such pulses may be applied simultaneously to the pinned zones or may be applied sequentially to each pinned zone. As depicted in FIG. 8, the pulses may have essentially the same shape as the first and second pulses. However, the maximum value may be smaller.

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。   FIG. 9 shows another exemplary embodiment for the first sensor element of the torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention, for encoding the magnetically encoded region 4. The electrode arrangement for applying a current pulse is shown. As can be seen from FIG. 9, the non-insulated conductors may be looped around the first sensor element 2, in which case this first sensor element 2 has a circular shape as can be seen from FIG. It is a circular shaft with a cross section. In order to ensure that the conducting wire is in close contact with the outer surface of the first sensor element 2, the conducting wire may be clamped as indicated by arrow 64.

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に描かれた電極システム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。   FIG. 10a shows another exemplary embodiment of the first sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. In addition, FIG. 10a shows another exemplary embodiment of an electrode system according to one exemplary embodiment of the present invention. The electrode systems 80 and 82 depicted in FIG. 10a contact the first sensor element 2, which has a triangular cross section with two contact points. These contact points are attached to each side of the triangular first sensor element at each side of the region 4, ie, the region to be encoded as a magnetic encoding region. Therefore, as a whole, there are six contact points on the side surface of the region 4. Individual contact points are connected to each other and then to one individual contact point.

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高い場合には、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。   If there is only a limited number of contact points between the electrode system and the first sensor element 2 and the applied current pulse is very high, the contact between the electrode system contacts and the first sensor element 2 Different contact resistances may cause burn marks on the first sensor element 2 at the contact points of the electrode system. These burn marks 90 are discolored, weld spots, annealed spots, or simply burn marks. In one exemplary embodiment of the present invention, a contact surface is provided that increases the number of contact points or avoids such burn marks 90.

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の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4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の外部円周表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。   FIG. 11 shows another exemplary embodiment of the first sensor element 2 which is a shaft with a circular cross section according to one exemplary embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 11, the magnetically encoded region 4 is in a region near one end of the first sensor element 2. According to one exemplary embodiment of the invention, the magnetically encoded region 4 does not extend over the entire length of the first sensor element 2. As can be seen from FIG. 11, it may be installed at one end thereof. However, it should be noted that, according to one exemplary embodiment of the present invention, the current pulse is applied from the outer circumferential surface of the first sensor element 2 but is not applied from the end face 100 of the first sensor element 2.

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1つの典型的な実施形態によると、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提供できる。そして、PCME技術は、部分的にトルク検出との関連で記述される。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。   Next, a so-called PCME ("Pulse-Current-Modulated-Encoding" pulse current modulation encoding) sensing technique will be described in detail. It can be provided according to one exemplary embodiment of the present invention to magnetize a magnetizable object that is partially demagnetized by the present invention. PCME technology is then described in part in the context of torque detection. However, this concept is provided in the context of position detection as well.

この記述では、多数の頭字語が使用されるが、そうで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。「ASIC」、「IC」、及び「PCB」の頭字語が既に市場標準の定義である一方で、特に磁気歪に基づいた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。   This description uses many acronyms, otherwise many explanations and descriptions are difficult to read. While the acronyms “ASIC”, “IC”, and “PCB” are already market standard definitions, there are many terms that relate specifically to NCT sensing technology based on magnetostriction. Note that in this description, where there is a reference to NCT technology, or PCME, it is referred to an exemplary embodiment of the present invention.

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。

Figure 0004800222
Table 1 shows a list of abbreviations used in the following description of PCME technology.
Figure 0004800222

磁気の法則に基づく機械的応力のセンシング技術によって、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、及び材料診断解析のような)を設計して、生産することができる。「磁気の法則に基づいた」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)、材料透磁率の変化の測定、そして磁気歪効果の測定である。   Designing a wide range of "physical parameter sensors" (such as force sensing, torque sensing, and material diagnostic analysis) that can be applied when ferromagnetic materials are used by magnetic stress sensing technology based on the laws of magnetism Can be produced. The most common techniques used to build a “magnetic law-based” sensor are inductive differential displacement measurements (which require a torsional shaft), material permeability change measurements, and magnetostrictive effect measurements. is there.

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、そして製造及びシステム価格において異なっている。   Over the past 20 years, many different companies have developed their own and very specific solutions on how to design and produce torque sensors based on magnetic principles. (Ie ABB, FAST, Frauenhofer Institute, FT, Kubota, MDI, NCTE, RM, Siemens, etc.). Each of these technologies is in the development stage and differs in "how it works", performance achievable, system reliability, and manufacturing and system prices.

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、機械的な変化が加えるか(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。   Some of these techniques depend on whether a mechanical change is applied to the shaft whose torque is to be measured (chevron) or a mechanical twisting effect (requires a long shaft to be twisted by torque). Or require something to adhere to the shaft itself (pressing a ring with certain properties on the shaft surface) or to coat the shaft surface with a special material. To date, no one has achieved stringent performance tolerances, can be applied to (almost) any shaft size, and has not achieved mass production processes that are not based on existing technology patents.

次に、磁気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記述する。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)、又は磁気歪横方向トルクセンサーと呼ばれる。   Next, non-contact torque (NCT) sensing technology based on the magnetostriction principle will be described. This provides the user with a vast number of new features and improved performance that were previously unavailable. This technology allows for fully integrated (small space), real-time (high signal bandwidth) torque measurements that are reliable and affordable regardless of what is desired. Can be produced at a reasonable price. This technique is called PCME (Pulse-Current-Modulated-Encoding) or magnetostrictive lateral torque sensor.

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応用できる。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(殆ど全て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。   PCME technology can be applied to the shaft without mechanical changes to the shaft or without attaching anything to the shaft. Most importantly, PCME technology can be applied to any shaft diameter (almost all other technologies have limitations in this regard) and there is no need to rotate or spin the shaft during the encoding process (very Simple and low cost manufacturing process), which makes this technology highly applicable in mass production applications.

次に、磁場構造(センサー原理)について記述する。   Next, the magnetic field structure (sensor principle) will be described.

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)。   The lifetime of the sensor depends on the “closed loop” magnetic field design. PCME technology is based on two magnetic field structures stored on top of each other and running in opposite directions. When no torque or kinetic stress is applied to the shaft (aka sensor host, or SH), SH behaves magnetically neutral (no magnetic field is detected outside SH).

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ことを示す。外側の磁場は1つの方向に走るとともに、その一方で内側の磁場はその反対方向に走る。   FIG. 12 shows that two magnetic fields are generated in the shaft and run in a closed circle. The outer magnetic field runs in one direction, while the inner magnetic field runs in the opposite direction.

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)。   FIG. 13 illustrates that the PCME sensing technique uses two reverse circular magnetic field loops that are created close to each other (piggyback mode).

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。   When mechanical stress (such as reciprocation or torque) is applied across the PCME magnetized SH (sensor host or shaft), the flux lines (ie loops) of both magnetic structures were applied. Tilt in proportion to torque.

図14に示すように、機械的応力がSHに加わらない時、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。   As shown in FIG. 14, when no mechanical stress is applied to SH, the flux lines run in their initial path. When mechanical stress is applied, the magnetic flux lines tilt in proportion to the applied stress (such as linear motion or torque).

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。   Depending on the direction of applied torque (clockwise or counterclockwise with respect to SH), the magnetic flux lines tilt to the right or to the left. When the magnetic flux lines reach the boundary of the magnetically encoded region, the magnetic flux lines from the upper layer are connected to the magnetic flux lines from the lower layer, and vice versa. This then forms a fully controlled toroidal shape.

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技術が応用される場合、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、従って目標の応用に合わせられる。
・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次元軸から生じる機械的応力の測定が可能となる。
説明:初期の磁気歪センサー設計(例えば、FASTテクノロジーのもの)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。
The advantages of such a magnetic structure are as follows.
Reduced (almost eliminated) parasitic magnetic field structure when mechanical stress is applied to SH (this results in good RSU performance).
-Higher sensor output signal slope. This is because there are two “active” layers that complement each other when generating signals related to mechanical stress.
Explanation: When using a single layer sensor design, the “tilted” magnetic flux lines that exist at the encoding domain boundary must create a “return” from one boundary side to the other. This effort affects how much signal can be sensed and used to be measured outside the SH with the secondary sensor unit.
-When PCME technology is applied, there is almost no limit on the size of SH (shaft). The two-layer magnetic structure can be applied to any solid or hollow shaft size.
• The physical dimensions and sensor performance can be programmed very broadly and therefore tailored to the target application.
This sensor design allows the measurement of mechanical stresses arising from all three dimensional axes, including linear forces applied to the shaft (applicable as load cells).
Explanation: Early magnetostrictive sensor designs (eg, those from FAST technology) were limited to being sensitive only to the two-dimensional axis and could not measure linear forces.

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。   Referring to FIG. 15, when torque is applied to SH, the magnetic flux lines of two opposite circular magnetic loops are connected to each other at the sensor region boundary.

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。   When mechanical torque stress is applied to SH, the magnetic field no longer turns in a circle and tilts somewhat in proportion to the applied torque stress. This connects the magnetic field lines of one layer to the magnetic field lines of the other layer and thereby forms a toroidal shape.

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。   Referring to FIG. 16, this is an exaggerated representation of how the magnetic flux lines form an angled toroidal structure when a high level of torque is applied to the SH.

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記述する。   Next, features and advantages of the PCM encoding (PCME) process will be described.

本発明によるNCTEからの磁気歪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付着する必要がない(従って、シャフトの寿命の間、何も外れ落ちることがなく、変化することがない。即ち、高いMTBFである。)。
・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)。
The magnetostrictive NCT sensing technology from NCTE according to the present invention provides the following high performance sensing characteristics.
-The sensor host does not require any mechanical changes (the existing shaft can be used as it is).
No need to attach anything to the sensor host (thus, nothing will fall off or change during the life of the shaft, i.e. high MTBF).
During measurement, the SH can rotate at any desired speed, can reciprocate, or move (no limit to rpm).
Very good RSU (Rotational Signal Uniformity Rotation Signal Uniformity) performance.
• Excellent measurement linearity (up to 0.01% of FS).
・ High measurement reproducibility.
Very high signal resolution (better than 14 bits)
• Very high signal bandwidth (better than 10 kHz).

選択された磁気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。   Depending on the type of magnetostriction sensing technology selected and the physical sensor design selected, the mechanical power transmission shaft (also known as “sensor host” or “SH” for short) has no mechanical modification to it. It can be used "as is" without adding anything to the shaft and without attaching anything to the shaft. This is called the “true” non-contact torque measurement principle, which allows the shaft to freely rotate in both directions with any desired speed.

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、如何なる他の磁気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)。
・他の選択肢の磁気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、即ち高い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直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る間に応用できる(接近可能性に依存する)(保守し易さ)。
・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シャフトの運動は磁気的にエンコードされた領域の物理的な「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(トルクのような)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。
The PCM encoding (PCME) manufacturing process described herein according to one exemplary embodiment of the present invention provides an additional feature that cannot provide any other magnetostrictive technology (uniqueness of the technology).
Signal strength greater than 3 times compared to other alternative magnetostrictive encoding processes (such as the FAST “RS” process).
• Easy and simple shaft loading process (high production throughput).
-No moving parts during the magnetic encoding process (uncomplicated manufacturing equipment, ie high MTBF and low cost).
Enabling the NCT sensor to “fine-tune” to achieve a target accuracy of 1 percent or less.
A manufacturing process (high manufacturing throughput) that allows shaft “pre-processing” and “post-processing” in the same process cycle.
・ Sensing technology and manufacturing process are ratiometric and therefore applicable to all shaft diameters and tube diameters.
The PCM encoding process can be applied while the SH is already assembled (depending on accessibility) (easy to maintain).
A final sensor that is not sensitive to the movement of the shaft (actually allowed shaft movement depends on the physical “length” of the magnetically encoded area).
The magnetically encoded SH remains neutral and is almost free of magnetic fields when no force (such as torque) is applied to the SH.
• Sensitive to mechanical forces on all three-dimensional axes.

次に、SHにおける磁束分布について記述する。   Next, the magnetic flux distribution in SH will be described.

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。)。   PCME processing technology is based on using current flowing through SH (sensor host or shaft) to achieve the desired permanent magnetic encoding of ferromagnetic materials. In order to obtain the desired sensor performance and characteristics, a very special and well controlled current is required. Early experiments using DC current failed due to a lack of understanding of how small amounts of DC current and large amounts of DC current flow through the conductor (in this case, the “conductor” is the mechanical power The transmission shaft, also known as the sensor host, or “SH” for short.)

図17に、導体内の仮定された電流密度を示す。   FIG. 17 shows the assumed current density in the conductor.

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。   The current density in the conductor is generally assumed to be uniformly distributed across the entire cross section of the conductor as current (DC) flows through the conductor.

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。   FIG. 18 shows a small current that forms a magnetic field that bundles current paths in the conductor.

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、導体を流れる電流は、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。   Our experience is that when a small amount of current (DC) flows through a conductor, the current density is highest at the center of the conductor. Two main causes for this are that the current flowing through the conductor generates a magnetic field that bundles the current path together at the center of the conductor and that the impedance is lowest at the center of the conductor.

図19に、導体内の小さい電流の1つの典型的な流れを図示する。   FIG. 19 illustrates one typical flow of small currents in the conductor.

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」線で流れなくてもよい(天空の電気稲妻の形状のように)。   In practice, however, current does not have to flow in a “straight” line from one connecting pole to the other (like the shape of a lightning bolt in the sky).

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の中心の近く又はそこを流れるとき、永久にもたらされる磁場が同じ場所、即ちSHの中心の近く又は中心に存在する。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。   At some level of current, the generated magnetic field is large enough to cause permanent magnetization of the ferromagnetic shaft material. When the current flows near or through the center of the SH, a permanently generated magnetic field is present at the same location, ie near or at the center of the SH. Now, when applying mechanical torque or linear force to the shaft for vibration or reciprocation, the shaft with the magnetic field inside responds by tilting its flux path according to the applied mechanical force. When the permanently generated magnetic field is deep below the shaft surface, the measurable effect is very small and not uniform and is therefore not sufficient to make a reliable NCT sensor system.

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。   FIG. 20 shows the uniform current density in the conductor at the saturation level.

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。   Only at the saturation level, the current density (when using DC) is uniformly distributed across the cross-section of the entire conductor. The amount of current that achieves this saturation level is very large and is mainly influenced by the cross-section and conductivity (impedance) of the conductors used.

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)。   FIG. 21 shows a current flowing under or on the surface of the conductor (skin effect).

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。交流の選択された周波数が、表皮効果の「場所/位置」及び「深さ」を規定する。高周波数において、電流は導体の表面を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もっと中心(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)。   It is generally widely assumed that when alternating current (such as a radio frequency signal) flows through a conductor, the signal flows through the skin layer of the conductor, i.e. called the skin effect. The selected frequency of the alternating current defines the “location / position” and “depth” of the skin effect. At high frequencies, current flows at or near the surface of the conductor (A), while at low frequencies (in the region of 5-10 Hz for 20 mm diameter SH), alternating current is more centered on the shaft cross-section ( Go through E). Also, the relative current density is higher in the portion occupied by the current at a higher AC frequency compared to the relative current density near the center of the shaft at a very low AC frequency (which is higher at the lower AC frequency). , Due to the larger area available for current to flow).

図22には、異なる周波数をもって、交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。   FIG. 22 shows the current density (90-degree cross section with respect to the current) of the conductor when alternating current is passed through the conductor with different frequencies.

PCMEセンサー技術の望ましい磁場設計図は、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。   The preferred magnetic field design for PCME sensor technology is two circular magnetic field structures, brought into two layers close to each other ("piggyback") and running in opposite directions (Counter-Circular: This is an inverted ring structure.

再び図13を参照すると、これは望ましい磁場センサー構造を示しており、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。   Referring again to FIG. 13, this shows a desirable magnetic field sensor structure, i.e., two closed magnetic loops located in close proximity to each other and running in opposite directions, i.e., an anti-annular "piggyback" magnetic field. Designed.

磁場設計を、SH(シャフト)に加えられる機械的な応力に対して高感度にするため、そして最も大きなセンサー信号を可能にするために、望ましい磁場構造は、シャフト表面に最も近いところに置かなければならない。円形磁場をSHの中心近くに置くことは、ユーザーに利用可能なセンサー出力信号の勾配を減少させ(センサー信号の多くは、強磁性のシャフト材料を通して伝わり、これは該材料が空気に比して一層高い透磁率を持つためである)、そして、センサー信号の不均一性を増加させる(二次側センサーに関連するシャフト回転及びシャフトの軸運動に関して)。   In order to make the magnetic field design highly sensitive to mechanical stress applied to the SH (shaft) and to allow the largest sensor signal, the desired magnetic field structure should be placed closest to the shaft surface. I must. Placing a circular magnetic field close to the center of the SH reduces the gradient of the sensor output signal available to the user (many of the sensor signal travels through the ferromagnetic shaft material, which is compared to the air. And higher sensor signal non-uniformity (with respect to shaft rotation and shaft axial movement associated with the secondary sensor).

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。   FIG. 23 shows a magnetic field structure formed near the shaft surface and a magnetic field structure formed near the center of the shaft.

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。   When using AC (alternating current), it is difficult to achieve the desired permanent magnetic encoding of SH, because the polarity of the magnetic field produced is constantly changing and hence rather acts as a degaussing system. .

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って、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。   PCME technology requires that a strong current ("unipolar" or DC to prevent loss of the desired magnetic field structure) flows directly under the shaft surface (sensor signal is uniform and measurable outside the shaft) To ensure that). Further, it is necessary to form an inverted annular piggyback magnetic field structure.

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われる。   Placing two inverted annular magnetic field structures on the shaft is possible by providing them alternately on the shaft. First, the inner layer is brought into SH and then the outer layer is caused by using a weaker magnetic force (preventing the inner layer from being neutralized and erased accidentally). To achieve this, known “permanent” magnet encoding techniques can be applied, as described in the FAST Technology patent, or a combination of current and “permanent” magnet encoding can be used. Is done by doing.

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。   A simpler and faster encoding process is to use the current alone to achieve the desired anti-annular “piggyback” magnetic field structure. The most challenging part here is to create an inverted annular magnetic field.

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ち消し合うようになる(C)。尚、存在してはいるが、近接しておかれた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。   The uniform current generates a uniform magnetic field that runs around the conductor at an angle of 90 degrees with respect to the current direction (A). When two conductors are placed side by side (B), the magnetic field between the two conductors cancels each other's effect (C). Note that there is no detectable (or measurable) magnetic field between two closely spaced conductors, although present. When multiple conductors are placed side by side (D), a “measurable” magnetic field will circulate outside the “flat” shaped conductor surface.

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。   FIG. 24 shows the magnetic effect when a conductor through which a uniform current flows is viewed in cross section.

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ち消している。   The above “flat” or rectangular shaped conductor shall be bent into a “U” shape. When a current is passed through the “U” -shaped conductor, the current along the “U” -shaped outline then cancels the measurable effect in the inner half of the “U” -shape.

図25を参照すると、「U」字型導体内の領域は、電流が導体を流れている時、磁気的に「中性」に見える。   Referring to FIG. 25, the area within the “U” shaped conductor appears magnetically “neutral” when current is flowing through the conductor.

機械的応力が「U」字型導体の横断面に加えられない時、「U」字の内部(F)に磁場は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もたらされる磁場ベクトルは、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。この現象は非常に特別な電流レベルでのみ適用されることに注意すべきである。   When no mechanical stress is applied to the cross section of the “U” shaped conductor, it appears that no magnetic field is present inside the “U” shape (F). However, when the “U” shaped conductor is bent or twisted, the magnetic field no longer follows its initial path (90 degree angle to the current). Depending on the applied mechanical force, the magnetic field will begin to change its path somewhat. At that point, the magnetic field vector caused by the mechanical stress is sensed and measured at the surface of the conductor, inside and outside the “U” shape. Note that this phenomenon only applies at very specific current levels.

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ち消されてしまう(G)。   The same applies to the design of “O” type conductors. When a uniform current is passed through the “O” -type conductor (tube), the magnetic field effects that can be measured inside the “O” -type conductor (tube) cancel each other (G).

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。   Referring to FIG. 26, the area inside the “O” conductor appears magnetically “neutral” when current flows through the conductor.

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。この傾きの磁場が明瞭に感知され、そしてこれを測定できる。   However, when mechanical stress is applied to the “O” type conductor (tube), it becomes apparent that there was a magnetic field present inside the “O” type conductor. The internal reverse magnetic field (as well as the external magnetic field) begins to tilt in relation to the applied torque stress. This gradient magnetic field is clearly sensed and can be measured.

次に、エンコーディングパルス設計について記述する。   Next, encoding pulse design will be described.

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打ち消されることはなくなる。   In order to achieve the desired magnetic field structure (inverse annular piggyback magnetic field design) inside the SH, according to one exemplary embodiment of the method of the present invention, a unipolar current pulse passes through the shaft (or SH). To do. By using “pulses”, the desired “skin effect” is obtained. By using a “unipolar” current direction (the direction of the current does not change), the resulting magnetic field effect is not accidentally counteracted.

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、電流の立ち上がり時間、一定電流のオンタイム、最大電流振幅、そして電流の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。   The shape of the current pulse used is most important to achieve the desired PCME sensor design. Each parameter must be accurately and reproducibly controlled, including current rise time, constant current on time, maximum current amplitude, and current fall time. It is also very important that the current enters and exits very uniformly across the entire shaft surface.

次に、長方形の電流パルス形状について記述する。   Next, a rectangular current pulse shape will be described.

図27に、長方形をした電流パルスを図示する。   FIG. 27 illustrates a rectangular current pulse.

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、立ち上がりエッジが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。   A rectangular current pulse has a fast rising positive edge and a fast falling current edge. When flowing a rectangular current pulse through SH, the rising edge is responsible for the formation of the target magnetic field structure of the PCME sensor, whereas the flat “on” time and falling edge of the rectangular current pulse are counterproductive. Arise.

図28に、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。   FIG. 28 shows the relationship between the rectangular current encoding pulse width (constant current on-time) and the sensor output signal slope.

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。   In the following example, an inverted annular “piggyback” field was created and stored in a 15 mm diameter 14CrNi14 shaft using rectangular current pulses. The pulse current has a maximum at about 270 amperes. Also, the “on time” of the pulse was controlled by an electronic circuit. Due to the high frequency components at the rising and falling edges of the encoding pulse, this experiment cannot accurately show the effect of true DC encoding SH. Accordingly, when a constant current on-time pulse of 1000 ms is applied, the sensor output signal gradient curve finally becomes flat above 20 mV / Nm.

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ように)、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)。尚、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)。   Without using fast rising current pulse edges (so as to use a controlled constant ramp slope), the sensor output signal slope becomes very worse (less than 10 mV / Nm). In this experiment (using 14CrNi14), the hysteresis of the signal was about 0.95% of the FS signal (FS = 75 Nm torque).

図29に、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。   FIG. 29 shows the increase in sensor output signal slope by using several rectangular current pulses in succession.

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。   The sensor output signal slope can be improved when several rectangular current encoding pulses are used in succession. Compared to other encoding pulse shapes, the fast falling current pulse signal slope in a rectangular current pulse prevents the sensor output signal slope from reaching an optimal performance level. This means that after a small number (2 to 10) of current pulses are applied to SH (or shaft), the sensor output signal slope does not increase any more.

次に、放電電流パルス形状について記述する。   Next, the discharge current pulse shape will be described.

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。   The discharge current pulse does not have a constant current on-time and does not have a fast falling edge. Therefore, the main and decisive action in SH magnetic encoding is the fast rising edge of this current pulse type.

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。   As shown in FIG. 30, steep rising current edges and typical discharge curves give the best results when making a PCME sensor.

図31には、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。   FIG. 31 shows the optimization of the PCME sensor output signal gradient by specifying the proper pulse current.

パルス電流スケールの非常に低い端部(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)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しきい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〜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。)。   At the very low end of the pulse current scale (15 mm diameter shaft, 0-75 amps for 14CrNi14 shaft material), the discharge current pulse type is required to create a persistent magnetic field within the ferromagnetic shaft. Not strong enough to exceed the threshold of the magnetic field. As the pulse current amplitude is increased, a double circular magnetic field structure begins to form below the shaft surface. Increasing the pulse current amplitude also increases the torque sensor output signal amplitude achievable by the secondary sensor system. Optimal PCME sensor design was achieved at about 400A-425A (two oppositely oriented magnetic field regions reached each other's optimal distance and correct magnetic flux density for best sensor performance).

図32に、エンコーディングパルスの間の最適な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。   FIG. 32 shows a cross section of a sensor host (SH) with optimal PCME current density and position during the encoding pulse.

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)。   As the pulse current amplitude is further increased, the absolute value of the sensor signal amplitude with respect to torque force further increases for some time (curve 2 in FIG. 31), while the overall sensor performance of a typical PCME decreases. (Curve 1). Beyond 900 A pulse current amplitude (for a 15 mm diameter shaft), the absolute value of the sensor signal amplitude with respect to torque force also drops (curve 2) and the PCME sensor performance is then very poor (curve). 1).

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。   FIG. 33 shows the cross section and electrical pulse current density of the sensor host (SH) for various increasing pulse current levels.

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、内部の円形部分と、外部の(シャフト表面の近くで)円形部分との間隔がより大きくなる。   As the current occupies a larger cross section in SH, the spacing between the inner circular portion and the outer (near the shaft surface) circular portion becomes larger.

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。   Referring to FIG. 34, better PCME sensor performance is achieved when the spacing is narrow (A) with an inverted annular “piggyback” field design.

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。   The desired dual and reversed annular magnetic field structure makes it difficult to create a closed loop structure under torque forces that result in the signal amplitude of the secondary sensor.

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。   Referring to FIG. 35, flattening the discharge curve also increases the signal slope of the sensor output.

電流パルス放電時間を長くする(電流パルスを幅広くする)(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多い。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。   Increasing the current pulse discharge time (widening the current pulse) (B) increases the sensor output signal gradient. However, the amount of current required to reduce the falling edge of the current pulse is very large. In order to achieve the highest achievable sensor output signal slope, it is more practical to use a combination of a large current amplitude (at the optimum value) and the slowest possible discharge time.

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記述する。   Next, an electrical connection device related to primary side sensor processing will be described.

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。   PCME technology (the term “PCME” technology should be noted that it is used with respect to exemplary embodiments of the present invention) is a very large amount of pulse modulation through the shaft where the primary sensor is produced. Depends on current flow. If the shaft surface is very clean and highly conductive, a multi-point copper or gold connection is sufficient to achieve the desired sensor signal uniformity. What is important is that the impedance is the same at each connection point to the shaft surface. This can best be achieved if the cable length (L) can be guaranteed to be the same before the cable is connected to the main current connection point (I).

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。   FIG. 36 shows a simple electrical multipoint connection to the shaft surface.

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。   However, in many cases, a reliable and reproducible multipoint electrical connection can only be achieved by ensuring that the impedance is the same and constant at each connection point. Using a pressed spring, a sharp connector penetrates a possible oxidation or insulation layer (possibly made by a fingerprint) on the surface of the shaft.

図37に、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図示する。   FIG. 37 illustrates a multi-channel electrical connector with spring-loaded contact points.

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。   When processing the shaft, it is most important to inject and remove current from the shaft in as uniform a manner as possible. The above figure shows several connectors that are insulated from each other that are secured around the shaft by a fixture. This tool is called the shaft processing holding clamp (or SPHC). The number of electrical connectors required for SPHC depends on the outer diameter of the shaft. The larger the outer diameter, the more connectors are required. The spacing between conductors must be the same from one connection point to the next. This method is called symmetric “spot” contact.

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図示されている。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。   FIG. 38 illustrates supporting the approach of entering and exiting the pulse modulated current by increasing the number of electrical connection points. It also increases the complexity of the required electronic circuit control system.

図39に、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。   FIG. 39 shows one example of how to open the SPHC for easy shaft attachment.

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記述する。   Next, an outline of encoding related to primary side sensor processing will be described.

主要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。   The main shaft encoding is done by using a permanent magnet applied to the rotating shaft or by using a current flowing through the desired part of the shaft. When using permanent magnets, a very complex and continuous process is required to create two layers of closed-loop magnetic fields that are close together in the shaft. When using the PCME procedure, the current must enter and exit the shaft in the most symmetrical way possible to achieve the desired performance.

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。   Referring to FIG. 40, two SPHCs (Shaft Processing Holding Clumps) are located at the boundaries of the planned sensing encoding area. Pulse current (I) enters the shaft through one SPHC, while pulse current (I) exits the shaft at the second SPHC. The area between the two SPHCs then changes to the primary sensor.

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、漂遊磁界(地球磁場のような)に対して敏感になることである。   This special sensor process creates a single magnetic field (SF) encoding region. One advantage of this design (compared to that described below) is that it is not sensitive to any axial shaft movement with respect to the location of the secondary detector. A disadvantage of this design is that it becomes sensitive to stray magnetic fields (such as the Earth's magnetic field) when using MFS coils placed in the axis (ie in a row).

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。   Referring to FIG. 41, using a MFS coil placed on the axis (ie on a line) by a double magnetic field (DF) encoding region (meaning two independently functioning sensor regions with opposite polarities side by side) In this case, the effect of the uniform stray magnetic field can be eliminated. However, this primary sensor design also narrows the shaft motion tolerance in the axial direction (relative to the location of the MFS coil). There are two ways to create a double magnetic field (DF) encoding region with PCME technology. They are a continuous process in which magnetic encode portions are created from one to the next and a parallel process in which magnetic encode portions are created simultaneously.

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。   The first process step in a continuous dual field design is to magnetically encode one sensor part (same as a single field process), so that the distance between the two SPHCs is the primary sensor region. Must be half the desired final length. To simplify the description of this process, the SPHC placed in the center of the final primary sensor area is called the central SPHC (C-SPHC), and the SPHC placed on the left side of the central SPHC is called the L-SPHC. To.

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。   Referring to FIG. 42, the second process stage of continuous dual magnetic field encoding consists of SPHC placed in the middle of the primary sensor area (referred to as C-SPHC) and on the other side (right side) of the central SPHC. Use the second SPHC placed, called R-SPHC. What is important is that the current direction in the central SPHC (C-SPHC) is the same in both process steps.

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。   Referring to FIG. 43, the performance of the final primary sensor area depends on how close the two encoding areas can be placed in relation to each other. And this depends on the design of the central SPHC used. The narrower the contact width in the axial direction of the C-SPHC, the better the performance of the double magnetic field PCME sensor.

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。   FIG. 44 illustrates how pulses are applied according to another exemplary embodiment of the present invention. As can be seen from the above figure, the pulses are applied at three points on the shaft. Due to the current distribution on both sides of the central electrode where the current I enters the shaft, the current leaving the shaft with the lateral electrode is only half of the current entering the central electrode, i.e. I / 2. The electrode is drawn with a ring and its size is adapted to the size of the outer surface of the shaft. However, it should be noted that other electrodes may be used, such as an electrode including a plurality of pin electrodes described later in this text.

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。   FIG. 45 shows the magnetic flux directions of the two sensor portions in a dual field PCME sensor design when no torque or linear motion stress is applied to the shaft. Magnetic flux loops in opposite directions do not interact with each other.

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。   Referring to FIG. 46, when a torque force or linear stress is applied in one special direction, the flux loop begins to run at an increasing tilt angle within the shaft. When the tilted magnetic flux reaches the boundary of the PCME portion, the magnetic flux lines interact with the magnetic flux lines in the reverse flow direction as shown.

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。   Referring to FIG. 47, when the direction of applied torque is changing (eg, from clockwise to counterclockwise), the tilt angle for the backflow magnetic flux structure within the PCM encode shaft also changes.

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記述する。   Next, a multi-channel current driver for shaft processing will be described.

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。   If the exact same impedance for the current path to the shaft surface cannot be guaranteed, a current controlled drive stage is used to overcome this problem.

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。   FIG. 48 shows a 6-channel synchronous pulse current drive system for a small diameter sensor host (SH). As the shaft diameter increases, the number of current drive channels increases.

次に、真鍮リング接触と対称「スポット」接触について記述する。   Next, brass ring contacts and symmetrical “spot” contacts are described.

シャフト直径が比較的に小さく、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。   If the shaft diameter is relatively small, the shaft surface is clean in the desired detection area and there is no oxidation, the simple “brass” ring (or copper ring) contact method is selected for processing the primary sensor. be able to.

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。   In FIG. 49, a brass ring (or copper ring) securely attached to the shaft surface is used with a solder connection of the wires. The area between the two brass rings (copper rings) is the area to be encoded.

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。   However, the achievable RSU performance is much lower than when using a symmetric “spot” contact method.

次に、ホット・スポットの概念について記述する。   Next, the concept of hot spots will be described.

標準の単一磁場(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、近傍の環境における可能な変化(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。   Standard single magnetic field (SF) PCME sensors are very poor in hot spot performance. The external magnetic flux profile (when torque is applied) of the SF PCME sensor part is very sensitive to possible changes in the surrounding environment (with respect to ferromagnetic materials). Since the magnetic boundaries of the SF encode sensor parts are not clear (not “pinned down”), they can “extend” toward the direction in which the ferromagnetic material is placed near the PCME detection region. .

図50を参照すると、PCME工程の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。   Referring to FIG. 50, the magnetized detection region of the PCME process is very sensitive to ferromagnetic material approaching the detection region boundary.

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)。   In order to reduce hot spot sensor sensitivity, the boundaries of the PCME sensor parts need to be clearly defined by pinning them (they can no longer move).

図51に、2つのピン止め磁場領域を持つPCME処理の検出領域を示すが、その1つが検出領域の各側にある。   FIG. 51 shows a PCME process detection region with two pinned magnetic field regions, one of which is on each side of the detection region.

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。   By placing the pinned area near both sides of the detection area, the boundary of the detection area is constrained to a very specific location. As the ferromagnetic material approaches the detection region, it affects the outer boundary of the pinned region, but it has a very limited effect at the detection region boundary.

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。   According to an exemplary embodiment of the present invention, how SH (sensor host) obtains a single magnetic field (SF) detection region and two pinned regions, one on each side of the detection region. There are a number of different ways that can be handled. Each region is processed after each other (sequential processing), or two or three regions are processed simultaneously (parallel processing). In parallel processing, providing a more uniform sensor (reduced parasitic field) requires even higher levels of current to reach the target sensor signal gradient.

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。   FIG. 52 illustrates parallel processing for a single magnetic field (SF) PCME sensor with a pinned region on each side of the main detection region to reduce (or even eliminate) hot spots.

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。   Dual field PCME sensors are less sensitive to the effects of hot spots because the central region of the sensor is already pinned. However, the remaining hot spot sensitivity can be further reduced by placing pinned areas on either side of the dual sensor area.

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。   FIG. 53 shows a dual magnetic field (DF) PCME sensor with pinned regions on both sides.

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のみ利用できる場合)、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。   When the pinned area is unacceptable or not possible (for example, when only limited axial spacing is available), the sensing area needs to be magnetically shielded from the effects of external ferromagnetic materials.

次に、回転信号一様性(RSU)について説明する。   Next, rotation signal uniformity (RSU) will be described.

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。   According to the current understanding, RSU sensor performance mainly depends on how the current enters and exits the SH surface uniformly at the periphery and the physical distance between the point where the current enters and exits. Dependent. The larger the distance between the point where the current enters and the point where it exits, the better the RSU performance.

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。そのような場合に、PCMエンコーディング部分の長さは、出来るだけ大きくなければならない。そうでないと、生じた磁場が円周上で一様ではなくなる。   Referring to FIG. 54, when the distance between the current inflow points placed on the individual circumferential surfaces is relatively large with respect to the shaft diameter (and between the current exit points placed on the circumference). RSU performance will be very inferior). In such a case, the length of the PCM encoding part must be as large as possible. Otherwise, the generated magnetic field will not be uniform on the circumference.

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(そしていつかはほぼ完全に)。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。   Referring to FIG. 55, by expanding the PCM encoding portion, the magnetic field distribution on the circumference becomes more uniform at half the distance between the point where the current enters and the point where the current exits (and someday Is almost completely). Therefore, the RSU performance of the PCME sensor is best at a halfway point between the current entry point and the current exit point.

次に、NCTセンサーシステムの基本的な設計問題について記述する。   Next, basic design problems of the NCT sensor system will be described.

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、磁気歪に基づいた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電子機器のような)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記述する。   Without going into the details of the PCM encoding technology, the end user of this sensing technology needs to know some design details to be able to utilize and use the sensing concept in its application. is there. In the following pages, the basic elements of an NCT sensor based on magnetostriction (such as primary side sensor, secondary side sensor, and SCSP electronics) and what the individual components are and Describe what choices should be made when integrating technology into an existing product.

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。   In principle, PCME sensing technology can be used to produce stand-alone sensor products. However, little or no use is available for “stand-alone” products in existing industrial applications. PCME technology can be applied to existing products without the need to redesign the final product.

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。   When a stand-alone torque detector or position detector is applied to a motor transmission system, the entire system is required to undergo significant design changes.

次に、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図示する。   Next, FIG. 56 illustrates possible locations of the PCME sensor on the engine shaft.

図56は、本発明の1つの典型的な実施形態による、例えば、モーターカーのギア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、ギア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。   FIG. 56 illustrates possible locations for a torque sensor, for example, in a motor car gearbox, according to one exemplary embodiment of the present invention. The upper portion of FIG. 56 shows the placement of a PCME torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention. Also, the lower portion of FIG. 56 shows the arrangement of a stand-alone detection device that is not integrated with the input shaft of the gearbox, as in the exemplary embodiment of the present invention.

図56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、ギア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されてもよい。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されてもよい。これにより、動力源とギアボックスの間にトルクセンサーを配置する場合に、入力シャフトを邪魔する必要がなく、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ア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。   As can be seen from the top of FIG. 56, the torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention can be integrated into the input shaft of the gearbox. In other words, the primary sensor is part of the input shaft. That is, the input shaft may be magnetically encoded to be the primary sensor or sensor element itself. The secondary sensor, i.e., the coil, may be housed in a bearing portion near the encoding area of the input shaft, for example. Thus, when the torque sensor is arranged between the power source and the gear box, there is no need to disturb the input shaft, and as shown in the lower part of FIG. 56, the shaft connected to the motor and another shaft connected to the gear box It is not necessary to arrange another torque sensor between them.

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。   By integrating the encoding area with the input shaft, for example, in the case of a car, a torque sensor can be provided without any changes to the input shaft. This is very important, for example, in aircraft parts because each part must be subjected to multiple inspections before it is allowed to be used on an aircraft. Such a torque sensor according to the present invention can even eliminate the need for numerous tests performed on shafts in aircraft and turbines, perhaps because the shaft in the meantime is not changed. Also, no serious effect is caused on the shaft material.

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、ギア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ア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。   Further, as can be seen from FIG. 56, a torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention can reduce the distance between the gearbox and the power source. This is due to the obvious provision of a separate stand-alone torque sensor between the shaft exiting the power source and the input shaft to the gearbox.

次に、センサーコンポーネントについて説明する。   Next, the sensor component will be described.

図57に示すように、非接触磁気歪センサー(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)電子機器から構成される。   As shown in FIG. 57, a non-contact magnetostrictive sensor (NCT sensor), according to one exemplary embodiment of the present invention, has three main functional elements: a primary side sensor, a secondary side sensor, and It consists of signal conditioning and signal processing (SCSP) electronics.

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。   Depending on the type of application (quantity and quality requirements, target manufacturing costs, manufacturing process flow), the customer can choose to purchase individual components to manufacture the sensor system under his own control, or The production of individual modules can be subcontracted to subcontractors.

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。   FIG. 58 schematically shows components of a non-contact torque detector. However, these components can also be used in non-contact position detection devices.

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。   It is more efficient to integrate the “primary sensor magnetic encoding process” into the customer manufacturing process when the annual production target is thousands of units. In such a case, the customer needs to purchase a “magnetic encoding device” for a specific application.

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)
In mass production applications, the cost and integration of the manufacturing process is important and typically the NCTE supplies only the individual basic components and equipment needed to create a non-contact sensor.
・ IC (surface mount package, electronic circuit for specific applications)
・ MFS coil (as part of secondary sensor)
-Sensor host encoding device (for applying magnetic encoding to the shaft (= primary sensor))

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、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)電子機器は、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。   Depending on the demand, the MFS coil can be provided already assembled on the frame and, if necessary, provided electrically connected to a wire harness with connectors. Similarly, SCSP (signal conditioning and signal processing) electronics can be provided with sufficient functionality in printed circuit board configurations with or without MFS coils built into the printed circuit board.

図59は、検出装置のコンポーネントを示す。   FIG. 59 shows the components of the detection device.

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期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。   As can be seen from FIG. 60, the number of MFS coils required depends on the expected sensor performance and mechanical tolerances on the physical sensor design. In a properly designed sensor system with a complete sensor host (SH or magnetically encoded shaft) and minimal interference from unwanted parasitic fields, only two MFS coils are required. is there. However, to achieve the desired sensor performance when the SH is moving more than a fraction of a millimeter in the radial or axial direction relative to the position of the secondary sensor, then the MFS coil's It is necessary to increase the number.

次に、制御及び/又は評価の回路構成について説明する。   Next, a control and / or evaluation circuit configuration will be described.

本発明の1つの典型的な実施形態によると、SCSP電子機器は、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。   According to one exemplary embodiment of the present invention, the SCSP electronics consists of an NCTE dedicated IC, a number of external passive and active electronic circuits, a printed circuit board (PCB), and an SCSP housing or case. Note that the case needs to be properly sealed according to the environment in which the SCSP unit is used.

特定用途の必要条件に応じて、NCTE(本発明の1つの典型的な実施形態によると)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。
・オプションの高電圧及びショート保護装置。
・オプションの故障検出回路。
Depending on the application requirements, NCTE (according to one exemplary embodiment of the invention) provides a number of different application specific circuits.
・ Basic circuit.
A basic circuit with an integrated voltage regulator.
• High signal bandwidth circuit.
-Optional high voltage and short protection device.
-Optional failure detection circuit.

図61は、単一チャンネルとされる、低価格のセンサー電子機器の解を示す。   FIG. 61 shows the solution for a low cost sensor electronics that is single channel.

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。   As can be seen from FIG. 61, for example, a secondary sensor unit including a coil is provided. These coils are arranged, for example, as shown in FIG. 60, and detect changes in the magnetic field generated when torque is applied to the primary side sensor unit, ie, the sensor shaft or sensor element. The secondary side sensor unit is connected to the basic IC in the SCST. The basic IC is connected to the positive power supply voltage via a voltage regulator. The basic IC is also grounded. The basic IC is configured to provide an analog output external to the SCST, the output corresponding to magnetic field variations caused by stress applied to the sensor element.

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に、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。   FIG. 62 shows a two-channel, short protection system design with integrated fault detection. The design consists of five ASIC devices and provides a high degree of system safety. The failure detection IC identifies a failure of the MFS coil or a failure of the electronic drive stage of the “basic IC” when a wire break occurs somewhere in the sensor system.

次に、二次側センサーユニットについて説明する。   Next, the secondary sensor unit will be described.

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。   According to one embodiment shown in FIG. 63, the secondary sensor comprises the following elements: 1 to 8 MFS (magnetic field sensor) coils, positioning and connecting plates, a wire harness with connectors, and Consists of a secondary sensor housing.

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。   The MFS coil may be attached to the positioning plate. By using a positioning plate, the two connection wires of each MFS coil can usually be soldered and connected in an appropriate manner. The wire harness is connected to the positioning plate. The plate is fully assembled with the MFS coil and wire harness and then incorporated or held by the secondary sensor housing.

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。   The main element of the MFS coil is a core wire that needs to be formed of a material such as amorphous.

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。   Depending on the environment where the secondary sensor unit is used, it is necessary to cover the assembled positioning plate with a protective material. The material should not cause mechanical stress or pressure on the MFS coil when the ambient temperature changes.

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電子機器(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。   For applications where the operating temperature does not exceed + 110 ° C., the customer has the option of placing SCSP electronics (ASIC) inside the secondary sensor unit (SSU). When ASIC devices operate at temperatures above + 125 ° C., it becomes more difficult to compensate for temperature-related signal offset and signal gain changes.

MFSコイルとSCSP電子機器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電子機器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。   The recommended maximum cable length between the MFS coil and the SCSP electronics is 2 meters. With suitable connection cables, distances up to 10 meters can be achieved. In multi-channel applications (two independent SSUs operating at the same primary sensor location = redundant sensor function), to avoid signal crosstalk, there is a special need between the SSU and the SCSP electronics. The shielded cable should be considered.

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。   When planning the production of a secondary sensor unit (SSU), the producer should decide which part or parts of the SSU should be purchased from the subcontract and what manufacturing steps will be performed in-house. There must be.

次に、二次側センサーユニット製造の選択肢について記述する。   Next, options for manufacturing the secondary sensor unit will be described.

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なされてもよい。
・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。
When integrating an NCT sensor into a custom-made tool or standard transmission system, the system producer has several options to choose from:
-Custom-made SSU (including wire harness and connector).
Selected modules or components; final SSU assembly and system testing may be done at the customer's control.
-Only critical components (MFS coils or MFS cores, application specific ICs) and SSUs are produced in-house.

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。   FIG. 64 shows one exemplary embodiment of secondary sensor unit assembly.

次に、一次側センサー設計について説明する。   Next, the primary sensor design will be described.

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、一段と良い信号対ノイズ性能を持つ。   The SSU (secondary sensor unit) can be placed outside the magnetically encoded SH (sensor host), or inside the SH if the SH is hollow. When the SSU is placed inside the hollow shaft, the achievable sensor signal amplitude is the same strength, but with better signal-to-noise performance.

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。   FIG. 65 shows two configurations for the geometric arrangement of the primary and secondary sensors.

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(ギアボックス)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。   Improved sensor performance is achieved when the magnetic encoding process is applied to straight and parallel parts of the SH (shaft). For shafts with a diameter between 15 mm and 25 mm, the optimal minimum length of the magnetically encoded region is 25 mm. Sensor performance is further improved if the area can be created with a length of 45 mm (plus a guard area). In complex and highly integrated transmission (gearbox) systems, it is difficult to find such spacing. In a more ideal situation, the magnetically encoded area can be shortened to 14 mm, but this may not achieve all of the desired sensor performance.

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。   As shown in FIG. 66, for the spacing between the SSU (secondary sensor unit) and the sensor host surface, according to one exemplary embodiment of the present invention, to achieve the best signal quality that can be achieved. Should be kept as small as possible.

次に、一次側センサーエンコーディング装置について記述する。   Next, the primary sensor encoding apparatus will be described.

図67に、その一例を示す。   FIG. 67 shows an example.

どの磁気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。使用できる磁気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)。   Depending on which magnetostrictive sensing technology is selected, the sensor host (SH) needs to be processed and processed accordingly. The techniques are very diverse with each other (ABB, FAST, FT, Kubota, MDI, NCTE, RM, Siemens, etc.) and the required processing equipment is also the same. Some of the magnetostriction sensing techniques that can be used do not require any physical changes to be made to SH and rely solely on magnetic processing (MDI, FAST, NCTE).

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。   The MDI technique is a two-stage process, while the FAST technique is a three-stage process, and the NCTE technique is a one-stage process, called PCM encoding.

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。   Note that after magnetic processing, the sensor host (SH or shaft) becomes a “precision measurement” device and should be handled accordingly. Magnetic processing should be the very last step before the processed SH is carefully placed in its final location.

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)。
Magnetic processing should be an integral part of the customer's manufacturing process (in-house magnetic processing) under the following circumstances.
• High production volume (like thousands).
-Heavy SH or SH that is difficult to handle (eg, high shipping costs).
• Very special quality and inspection requirements (eg defense applications).

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からEUR500kより上の価格とされる。   In all other cases, obtaining SH magnetically processed by a qualified subcontractor such as NCTE is more cost effective. This is because a dedicated manufacturing apparatus is required for “in-house” magnetic processing. Such a device can be fully manually operated, semi-automatic, or fully automated. Depending on the complexity and level of automation, the device is priced above EUR 20k to EUR 500k.

図68Aは、シャフト150を磁化して、該シャフト150上に磁気的にエンコードされた領域を形成する磁化装置140を示す。この磁化装置140は、他の物体によって取り囲まれたシャフトを含まない。電流がシャフト150の異なる端の間に加えられる時、シャフト150が磁化される。   FIG. 68A shows a magnetizer 140 that magnetizes the shaft 150 to form a magnetically encoded region on the shaft 150. The magnetizing device 140 does not include a shaft surrounded by other objects. When current is applied between different ends of the shaft 150, the shaft 150 is magnetized.

図68Bは、磁化されるべきシャフト150(図68Bに示されていない)を取り囲む中空管121を含む本発明の磁化装置160を示す。シャフト150の一端部は、シャフト150を取り囲む中空管121の一端部に結合されている。電流信号がシャフト150に印加される場合に、電流が中空管121に注入される。中空管121内を流れる電流によって作られる磁場は、シャフト150における電流分布を安定化させる。そのようにして、シャフト150は非常に一様な方法で磁化される。   FIG. 68B shows a magnetizing device 160 of the present invention that includes a hollow tube 121 that surrounds a shaft 150 (not shown in FIG. 68B) to be magnetized. One end of the shaft 150 is coupled to one end of a hollow tube 121 that surrounds the shaft 150. When a current signal is applied to the shaft 150, current is injected into the hollow tube 121. The magnetic field created by the current flowing in the hollow tube 121 stabilizes the current distribution in the shaft 150. As such, the shaft 150 is magnetized in a very uniform manner.

図68Cは、磁気的にエンコードされた領域122を有するトルク及び力の検出装置170の概念図であり、当該領域は、磁化装置160を用いて行われる磁化発生工程に従って形成される。この磁気的にエンコードされた領域122の長さは、磁化手続き中に流れる電流に沿う長さによって規定される(即ち、磁化電流を注入するための接触形状に依存する)。   FIG. 68C is a conceptual diagram of a torque and force detection device 170 having a magnetically encoded region 122, which is formed according to a magnetization generating process performed using the magnetizing device 160. The length of this magnetically encoded region 122 is defined by the length along the current that flows during the magnetization procedure (ie, it depends on the contact shape for injecting the magnetizing current).

図68Cは、予め決められたトルク値で回転するシャフト150を有するトルクセンサー170を示しており、シャフト150の一部が磁化されて、磁気的にエンコードされた領域122を形成する。シャフト150が回転する場合に、磁気的にエンコードされた領域122は、磁場検出コイル123に磁気信号を発生させる。   FIG. 68C shows a torque sensor 170 having a shaft 150 that rotates at a predetermined torque value, wherein a portion of the shaft 150 is magnetized to form a magnetically encoded region 122. When the shaft 150 rotates, the magnetically encoded region 122 causes the magnetic field detection coil 123 to generate a magnetic signal.

図68Dは、図68Aに示した磁化装置140で磁化されたトルク及び力の検出装置の信号対トルク図100(実験的に測定された曲線及び測定された曲線の特長を強調する概略的な曲線)を示す。   68D is a signal versus torque diagram 100 for torque and force detectors magnetized by magnetizer 140 shown in FIG. 68A (experimentally measured curves and schematic curves highlighting the characteristics of the measured curves). ).

図68Eは、図68Bに示した磁化装置160で磁化されたトルク及び力の検出装置170の信号対トルク図110(実験的に測定された曲線及び測定された曲線の特長を強調する概略的な曲線)を示す。   68E shows the signal versus torque diagram 110 of the torque and force detector 170 magnetized by the magnetizer 160 shown in FIG. 68B (a schematic highlighting the experimentally measured curves and the characteristics of the measured curves. Curve).

図68D及び図68Eの図形100及び110はそれぞれ横座標101をもち、それに沿って磁気的にエンコードされた領域を持つシャフトに加えられたトルクが示される。図68D及び68Eは、横座標101に沿ってプロットされたトルクにおける1つの特定の値が加えられる場合に、コイル123によって検出される信号を縦座標102に沿って示す。   Figures 100D and 110E of FIGS. 68D and 68E each have an abscissa 101, along which the torque applied to the shaft having a magnetically encoded region is shown. 68D and 68E show the signal detected by the coil 123 along the ordinate 102 when one particular value in torque plotted along the abscissa 101 is applied.

図68D及び68Eには、各場合についてヒテリシスループ103及びベストフィット直線104を示す。明らかなように、ベストフィット直線104の勾配は、図68Dよりも図68Eで大きく、そしてヒステリシス特性は、図68Dよりも図68Eにおいて遥かに良く抑えられる。   68D and 68E show the hysteresis loop 103 and the best-fit straight line 104 for each case. As can be seen, the slope of the best fit straight line 104 is greater in FIG. 68E than in FIG. 68D, and the hysteresis characteristic is much better suppressed in FIG. 68E than in FIG. 68D.

本発明による磁場エンコーディング工程の大きな挑戦の1つは、「エンコードされるべき」シャフト150の周りに一様な電流分布を実現すること、即ち、適切に磁化された領域122を持つようにすることである。それに失敗することは、回転信号一様性の性能悪化と、信号線形性の悪化をもたらすことになる。   One of the major challenges of the magnetic field encoding process according to the present invention is to achieve a uniform current distribution around the “to be encoded” shaft 150, ie to have a properly magnetized region 122. It is. Failure to do so results in poor performance of rotational signal uniformity and poor signal linearity.

図68Dは、シャフト150が図68Aに従って処理された場合のセンサートルク信号を示す。図68Dに示すセンサー特性は、ある非線形性を示しており、これは、センサー信号のヒステリシス性能において否定的な影響をもつ。   FIG. 68D shows the sensor torque signal when the shaft 150 is processed according to FIG. 68A. The sensor characteristic shown in FIG. 68D shows a certain non-linearity, which has a negative effect on the hysteresis performance of the sensor signal.

図68B、69、及び70に示す方法によって磁気的にエンコードされた領域122を形成するためにシャフト150を処理することは、センサー信号の線形性を大幅に改善するとともに、センサー信号のヒステリシスに肯定的な影響をもち、ヒステリシスが一段と小さくなる(図68E参照)。   Processing the shaft 150 to form the magnetically encoded region 122 by the method shown in FIGS. 68B, 69, and 70 significantly improves the linearity of the sensor signal and affirms the hysteresis of the sensor signal. The hysteresis is further reduced (see FIG. 68E).

図68Aに対応する磁気的にエンコードされたセンサーは、ベストフィット直線104の勾配が13.8mV/Nmであって、3.72%のヒステリシスを持つ。これに対して、図68Bに従って磁化されたトルクセンサーは、図68Eに示すように、15.1mV/Nmの勾配と、わずか2.59%のヒステリシスを持つ。   The magnetically encoded sensor corresponding to FIG. 68A has a best fit line 104 slope of 13.8 mV / Nm with a hysteresis of 3.72%. In contrast, the torque sensor magnetized according to FIG. 68B has a slope of 15.1 mV / Nm and a hysteresis of only 2.59%, as shown in FIG. 68E.

従って、信号対ノイズ比は、磁気的にエンコードされた領域122が本発明に従って生成される時に、格段に改善される。   Thus, the signal to noise ratio is significantly improved when the magnetically encoded region 122 is generated in accordance with the present invention.

本発明に従って物体を磁化するための方法の基本原理はまた、自己調整工程として示されるが、実際の磁化工程中に逆方向の磁場を発生させることであり、この逆方向の磁場は、電気信号が「エンコードされるべき」検出領域122を通って非常に一様にシャフト150を通過することを保証する。   The basic principle of the method for magnetizing an object according to the invention is also shown as a self-adjusting process, but it is to generate a reverse magnetic field during the actual magnetization process, this reverse magnetic field being an electrical signal Ensures that it passes through the shaft 150 very uniformly through the detection area 122 to be “encoded”.

シャフト150を取り囲んでいる導電性中空管121を通して、磁気的にエンコードされる領域122を形成するためにシャフト150の一部分を磁化するための電気信号を送り返すことによって、中空管121の内側に発現する磁場は、シャフト150の外側で作られている磁場と関連して働くことができる。シャフト150は、中空管121の内部において中心に位置され、そして、所望の場所を除いて、中空管121に接触することが許されない。   Through the conductive hollow tube 121 surrounding the shaft 150, the electrical signal for magnetizing a portion of the shaft 150 is sent back inside the hollow tube 121 to form a magnetically encoded region 122. The developed magnetic field can work in conjunction with a magnetic field that is created outside the shaft 150. The shaft 150 is centrally located inside the hollow tube 121 and is not allowed to contact the hollow tube 121 except where desired.

図69は、本発明を更に深く理解するのに有用な図式を示す。この図69に示す配置は、中実シャフト150及び中空管121を示している。電流Iは、図69に示すように、中実シャフト150の周りに磁場を形成するために中実シャフト150に注入される。この電流Iが中空管121を通して流れる時、更に別の磁場が同様に中空管121の材料内に作られる。従って、図69は、本発明による、物体を磁化するための方法における1つの原理を図示する概略図である。   FIG. 69 shows a diagram useful for a better understanding of the present invention. The arrangement shown in FIG. 69 shows the solid shaft 150 and the hollow tube 121. The current I is injected into the solid shaft 150 to form a magnetic field around the solid shaft 150, as shown in FIG. As this current I flows through the hollow tube 121, a further magnetic field is created in the material of the hollow tube 121 as well. Accordingly, FIG. 69 is a schematic diagram illustrating one principle in a method for magnetizing an object according to the present invention.

図70A及び70Bは、本発明による物体を磁化するための装置を示す概略図である。   70A and 70B are schematic diagrams showing an apparatus for magnetizing an object according to the present invention.

シャフト150を磁化するために、中空管121が中実シャフト150を取り囲むように配置される。更に、電気信号Iが中実シャフト150に印加される。時間の横座標301及び電流の縦座標302を持つ図70Dの図形310に示すように、パルス電流信号300は、基本的に垂直な速い立ち上がりエッジと、遅い立ち下がりエッジを持つ。   In order to magnetize the shaft 150, the hollow tube 121 is arranged so as to surround the solid shaft 150. In addition, an electrical signal I is applied to the solid shaft 150. As shown in the diagram 310 of FIG. 70D with the time abscissa 301 and the current ordinate 302, the pulse current signal 300 basically has a vertical fast rising edge and a slow falling edge.

更に図70Aから分るように、中実シャフト150は中空管121の中心に配置される。中空管121は、第一電気接続部201及び第二電気接続部202を持ち、中空管121の第二電気接続部202が中実シャフト150の第一電気接続部203に結合している。更に、中実シャフトは第二電気接続部204を持つ。電流信号Iが中空管121の第一接続部201と中実シャフト150の第二接続部204との間に加えられるように、電気信号源(図示しない)が接続される。   Further, as can be seen from FIG. 70A, the solid shaft 150 is disposed at the center of the hollow tube 121. The hollow tube 121 has a first electrical connection portion 201 and a second electrical connection portion 202, and the second electrical connection portion 202 of the hollow tube 121 is coupled to the first electrical connection portion 203 of the solid shaft 150. . In addition, the solid shaft has a second electrical connection 204. An electrical signal source (not shown) is connected so that the current signal I is applied between the first connection 201 of the hollow tube 121 and the second connection 204 of the solid shaft 150.

図70Bは、図70Aの形状を別の角度からみた図を示す。   FIG. 70B shows a view of the shape of FIG. 70A from another angle.

中空管121の内部の磁束方向(帰還電流方向に起因する)が、中実シャフト150を周回する磁場と同じ回転方向を持つので(前方の電流方向のため)、磁束密度は中空管121とシャフト150の間の空間でそれ自体一様に分布する。その結果、中実シャフト150及び中空管121内を流れる電流は両方の物体において均一に分布することになる。   Since the magnetic flux direction inside the hollow tube 121 (due to the feedback current direction) has the same rotational direction as the magnetic field that circulates around the solid shaft 150 (because of the forward current direction), the magnetic flux density is the hollow tube 121. Itself in the space between the shaft 150 and the shaft 150. As a result, the current flowing in the solid shaft 150 and the hollow tube 121 is uniformly distributed in both objects.

その結果生じる解は、センサー信号の回転信号一様性について大幅な性能向上をもたらし(図68E参照)、そして、これによって信号の非線形性及び信号ヒステリシスが改善され(より小さくなる)、更には信号勾配が増す(1つの加えられるトルクにおいて、より大きな信号)。   The resulting solution provides a significant performance improvement for the rotational signal uniformity of the sensor signal (see FIG. 68E), and this improves (lessens) the signal nonlinearity and signal hysteresis, and further The slope increases (larger signal at one applied torque).

給電ケーブルと「エンコードされるべき」シャフト150との間の電気接続において特に、その結果は非常に興味深い。ケーブルがシャフト(又はチューブ表面)と接続する場所におけるインピーダンスの僅かな違いによって、電流がこの特別な場所でシャフト150の周りに、一様には分布しない事態が引き起こされる。   The results are very interesting, especially in the electrical connection between the feed cable and the shaft 150 to be “encoded”. A slight difference in impedance at the location where the cable connects to the shaft (or tube surface) causes the current to not be evenly distributed around the shaft 150 at this particular location.

電流がシャフト150内を更に流れるにつれて、電流密度はシャフト150の周りでますます一様になる。電線が接続されているその場所でシャフト150の周りに電流が一様に入るならば、有効検出領域が、より大きくなる(該領域は、電線がシャフト150と接続する点の近くへと動く)。   As current flows further through the shaft 150, the current density becomes increasingly uniform around the shaft 150. If the current enters uniformly around the shaft 150 at the location where the wire is connected, the effective detection area becomes larger (the region moves closer to the point where the wire connects to the shaft 150). .

本発明によるシャフトを磁化する方法は、電流が最も一様に流れるように強制すること(電流密度をシャフトの周りの360度で監視する場合に関して)を、まさに行おうとするものである。   The method of magnetizing a shaft according to the present invention is just about to force the current to flow most uniformly (for the case where the current density is monitored at 360 degrees around the shaft).

このように、本発明は、シャフト150に対して行うことを要する電気接続の方法を単純化するという利点を持つ。更に、本発明はいくつかのセンサー性能を大幅に改善する。更にまた、エンコーディング装置が簡単化され、そして、これによって製造装置の価格が低減される。   Thus, the present invention has the advantage of simplifying the method of electrical connection that needs to be made to the shaft 150. Furthermore, the present invention significantly improves some sensor performance. Furthermore, the encoding device is simplified and this reduces the cost of the manufacturing device.

図70Cは、シャフト150を磁化するための装置についての別の配置を示す。第一及び第二接続部201、202の他に、中空管121は更に第三電気接続部351を持ち、そして中実シャフト150は第三電気接続部352を持つ。図70Cの場合、2つの異なるパルスI1及びI2は、図70Cに示すような配置で印加される。第一電気信号I1は、中空管121の第一電気接続部201と中実シャフト150の第二電気接続部204との間で加えられる。また、第二電気信号I2は、中空管121の第三電気接続部351と中実シャフト150の第三電気接続部352との間で加えられる。   FIG. 70C shows another arrangement for the apparatus for magnetizing the shaft 150. In addition to the first and second connections 201, 202, the hollow tube 121 further has a third electrical connection 351 and the solid shaft 150 has a third electrical connection 352. In the case of FIG. 70C, two different pulses I1 and I2 are applied in an arrangement as shown in FIG. 70C. The first electrical signal I1 is applied between the first electrical connection 201 of the hollow tube 121 and the second electrical connection 204 of the solid shaft 150. Further, the second electric signal I2 is applied between the third electric connection portion 351 of the hollow tube 121 and the third electric connection portion 352 of the solid shaft 150.

更に、導電性の結合要素350が、中空管121の第二電気接続部202を中実シャフト150の第一電気接続部203に結合するために設けられる。図70Cに示す電流分布は、要素121、150において一様な電流分布をもたらす磁場分布を達成し、それによって明確に規定された磁化、即ち、明確に規定された磁気的なエンコード領域122を持つセンサーを実現する。   In addition, a conductive coupling element 350 is provided for coupling the second electrical connection 202 of the hollow tube 121 to the first electrical connection 203 of the solid shaft 150. The current distribution shown in FIG. 70C achieves a magnetic field distribution that results in a uniform current distribution in elements 121, 150, thereby having a well-defined magnetization, ie, a well-defined magnetic encoding region 122. Realize the sensor.

図71A及び71Bは、本発明によるシャフト150を磁化する装置の別の実施形態を示す。   71A and 71B show another embodiment of an apparatus for magnetizing a shaft 150 according to the present invention.

図71Aは、中空管121の接続部202と、導電性の中実シャフト150の接続部203との間の結合が、結合要素としての導電性ベースプレート400によって実現されるようにした構成を示す。   FIG. 71A shows a configuration in which the connection between the connection part 202 of the hollow tube 121 and the connection part 203 of the conductive solid shaft 150 is realized by the conductive base plate 400 as a connection element. .

図71Bは、電流を加えた状態における図71Aの装置を示す。電流は、シャフト150を通ってプレート400を通り、そしてそこから、シャフト150を流れる方向とは反対の方向に中空管121を通して流れる。図71Bから分るように、電流は複数の電気接続ケーブルを介して加えられ、それらのケーブルは中空管121の上部円形表面の周辺に沿って円周方向に配置される。例えば、6本又は8本のケーブルを持つそのような配置によって、非常に一様な電流分布がもたらされる。   FIG. 71B shows the device of FIG. 71A with an applied current. Current flows through the plate 400 through the shaft 150 and from there through the hollow tube 121 in a direction opposite to that flowing through the shaft 150. As can be seen from FIG. 71B, the current is applied via a plurality of electrical connection cables, which are arranged circumferentially along the periphery of the upper circular surface of the hollow tube 121. For example, such an arrangement with 6 or 8 cables provides a very uniform current distribution.

中空管121をシャフト150に結合するための導電性プレート400を設ける代わりに、中空管121をシャフト150から切り離したままにすることもでき(即ち、プレート400を省略できる)、そして、2つの反対方向の電流信号については、シャフト150を通して、そして中空管121を通して流すことができる。その場合に、シャフト150の電流がシャフト150を磁化させる役目をもち、そして中空管121の電流は、シャフト150の磁化の一様性を高めるために、逆方向の磁場を提供する役目を果たすことになる。従って、2つの信号は、その一方が中空管121に対して、そして他方がシャフト150に対して、同時に加えられる。   Instead of providing a conductive plate 400 for coupling the hollow tube 121 to the shaft 150, the hollow tube 121 can be left disconnected from the shaft 150 (ie, the plate 400 can be omitted) and 2 Two opposite direction current signals can be passed through the shaft 150 and through the hollow tube 121. In that case, the current of the shaft 150 serves to magnetize the shaft 150, and the current of the hollow tube 121 serves to provide a reverse magnetic field to increase the uniformity of magnetization of the shaft 150. It will be. Thus, the two signals are applied simultaneously, one to the hollow tube 121 and the other to the shaft 150.

次に、図72を参照して、本発明の別の実施形態による、磁化可能なチューブ501を磁化するための装置500について記述する。   Referring now to FIG. 72, an apparatus 500 for magnetizing a magnetizable tube 501 according to another embodiment of the present invention will be described.

装置500は、磁化可能なチューブ501、即ち中空円筒と、第一部分502a、第二部分502b、及び第三部分502cを持つワイヤ502を含み、電流がワイヤ502を通して流れる。電源503は、スイッチ504が閉じている動作状態において、ワイヤ502に電流を注入するように設けられている。従って、スイッチ504を閉じることによって、パルス電流505がワイヤ502に注入される。しかしながら、パルス電流505の代わりに、例えば、図70Dに示すようなパルスを、同様にワイヤ502に注入できる。尚、図70Dに示すようなパルスが望ましいが、図72に示すような形状の、あらゆる適切なパルスをワイヤ502に注入しても構わない。   The apparatus 500 includes a magnetizable tube 501, a hollow cylinder, and a wire 502 having a first portion 502 a, a second portion 502 b, and a third portion 502 c, with current flowing through the wire 502. The power supply 503 is provided to inject current into the wire 502 in the operating state in which the switch 504 is closed. Thus, by closing switch 504, pulsed current 505 is injected into wire 502. However, instead of the pulse current 505, for example, a pulse as shown in FIG. Although a pulse as shown in FIG. 70D is desirable, any appropriate pulse having a shape as shown in FIG. 72 may be injected into the wire 502.

磁化可能なチューブ501は、工業用鋼鉄で製作され、そして4cmの壁厚、88cmの直径、及び数メートルの長さを持つ。磁化されるべきチューブ501は、チューブ501がワイヤ502の第一部分502aを取り囲むように配置される。電源503は、ワイヤ502に電流パルス505を加えるように構成され、そのパルス電流505によって磁化可能なチューブ501が磁化されるようになっている。そのような電流パルス505がワイヤ502の第一部分502aに加えられる場合に、磁場はワイヤ502の第一部分502aの近傍及び周りに生成され、それはトランスの場合と同様に、磁化可能なチューブ501内部の要素磁石に影響を及ぼす。その結果、このパルス505によって、チューブ501が磁化されることになる。   The magnetizable tube 501 is made of industrial steel and has a wall thickness of 4 cm, a diameter of 88 cm, and a length of several meters. The tube 501 to be magnetized is arranged so that the tube 501 surrounds the first portion 502 a of the wire 502. The power source 503 is configured to apply a current pulse 505 to the wire 502, and the magnetizable tube 501 is magnetized by the pulse current 505. When such a current pulse 505 is applied to the first portion 502a of the wire 502, a magnetic field is generated near and around the first portion 502a of the wire 502, which is similar to that of the transformer inside the magnetizable tube 501. Affects the element magnet. As a result, the tube 501 is magnetized by the pulse 505.

図72から分るように、ワイヤ502の第一部分502aは、中空管501の中心に配置される。図70A〜70Dに示した構成とは対照的に、電源503はワイヤ502に接続されるが、該電源は磁化可能なチューブ501から切り離される。更に、中空の遮蔽円筒506が設けられており、それは磁化可能なチューブ501と同様に製造される。更に分るように、特にワイヤ502の第三部分502cが、磁化可能なチューブ501による囲いから自由とされ、即ち、磁化可能なチューブ501によって囲まれていない。遮蔽円筒506は、磁化可能なチューブ501で包囲されていないワイヤ502の第三部分502cを、磁化可能なチューブ501から電磁気的に遮蔽する(即ち、減結合)ように配置され且つ構成される。そして、磁化可能な材料で作られた遮蔽チューブ506は、磁化可能なチューブ501とワイヤ502の第三部分502cとの間に配置される。従って、ワイヤ502の全ての部分、502a、502b、502cを通して流れる電流パルス505は、磁化可能なチューブ501によって取り囲まれた第一部分502aでのみ基本的に磁化可能なチューブ501に作用し、第一部分502aとは反対の方向に第三部分502cを流れている電流によって、磁化可能なチューブ501内に生成される磁化に対して否定的な影響を及ぼすこと、特に磁化を弱めることが避けられる。   As can be seen from FIG. 72, the first portion 502 a of the wire 502 is disposed at the center of the hollow tube 501. In contrast to the configuration shown in FIGS. 70A-70D, power source 503 is connected to wire 502, but it is disconnected from magnetizable tube 501. In addition, a hollow shielding cylinder 506 is provided, which is manufactured in the same manner as the magnetizable tube 501. As can be further seen, in particular, the third portion 502 c of the wire 502 is free from being surrounded by the magnetizable tube 501, ie not surrounded by the magnetizable tube 501. The shielding cylinder 506 is arranged and configured to electromagnetically shield (ie, decouple) the third portion 502 c of the wire 502 not surrounded by the magnetizable tube 501 from the magnetizable tube 501. A shielding tube 506 made of a magnetizable material is then disposed between the magnetizable tube 501 and the third portion 502 c of the wire 502. Thus, the current pulse 505 flowing through all portions of the wire 502, 502a, 502b, 502c, acts on the magnetizable tube 501 essentially only in the first portion 502a surrounded by the magnetizable tube 501, and the first portion 502a. A negative current on the magnetization generated in the magnetizable tube 501 by the current flowing through the third portion 502c in the opposite direction, especially weakening the magnetization.

また、ワイヤ502の第二部分502bについては、遮蔽円筒506と同様な遮蔽要素によって磁化可能なチューブ501から遮蔽することができる。   Further, the second portion 502 b of the wire 502 can be shielded from the magnetizable tube 501 by a shielding element similar to the shielding cylinder 506.

図73Aは、装置500の概略的な上面図を示す。図から分るように、遮蔽円筒506はチューブ501からワイヤ502の第三部分502cを効率良く遮蔽する。   FIG. 73A shows a schematic top view of the device 500. As can be seen, the shielding cylinder 506 efficiently shields the third portion 502 c of the wire 502 from the tube 501.

図73B〜73Dは遮蔽要素の実施形態を更に示している。   73B-73D further illustrate embodiments of shielding elements.

図73Bは、4つの遮蔽円筒600〜603が、ワイヤ502の第三部分502cを中心としてその周りに配置されるようにした構成を示す。このように、磁化可能な材料で作られた遮蔽円筒600〜603は、ワイヤ502の部分502c、つまり、磁化可能なチューブ501で囲まれていない部分を取り巻くように配置される。   FIG. 73B shows a configuration in which four shielding cylinders 600 to 603 are arranged around the third portion 502 c of the wire 502. Thus, the shielding cylinders 600 to 603 made of a magnetizable material are arranged to surround the portion 502 c of the wire 502, that is, the portion not surrounded by the magnetizable tube 501.

図73Cは、複数の円柱シャフト610〜617を示しており、これらは、ワイヤ502の第三部分502cの周りに配置されることで、該第三部分、つまり、磁化可能なチューブ501で囲まれていない部分を、磁気可能なチューブ501から遮蔽するものである。   FIG. 73C shows a plurality of cylindrical shafts 610-617 that are disposed around the third portion 502 c of the wire 502, thereby being surrounded by the third portion, ie, the magnetizable tube 501. The portion that is not covered is shielded from the magnetizable tube 501.

図73Dは、第三部分502cを取り囲むように配置された6つのチューブ620〜625を示す。   FIG. 73D shows six tubes 620-625 arranged to surround the third portion 502c.

次に、図74を参照して、本発明の別の典型的な実施形態による、磁化可能なチューブ501を磁化するための装置700について記述する。   74, an apparatus 700 for magnetizing a magnetizable tube 501 according to another exemplary embodiment of the present invention will now be described.

図74の実施形態によると、遮蔽円筒506は、ワイヤ502の第三部分502cをとり囲むように配置される。更に、電気信号源503は、(充電された)キャパシタ・バンク701によって実現され、図70Dに示すようなパルスを発生するために、スイッチ504を閉じることによって放電される。磁化装置700は「移動可能」であって、運搬車702によって図示されており、該運搬車は、キャパシタ・バンク701を、磁気可能なチューブ501が磁化される場所(即ち、採鉱場所の掘削装置)へと輸送する。   According to the embodiment of FIG. 74, the shielding cylinder 506 is arranged to surround the third portion 502 c of the wire 502. Furthermore, the electrical signal source 503 is implemented by a (charged) capacitor bank 701 and is discharged by closing the switch 504 to generate a pulse as shown in FIG. 70D. The magnetizer 700 is “movable” and is illustrated by a transport vehicle 702 that passes the capacitor bank 701 where the magnetizable tube 501 is magnetized (ie, a drilling device at the mining site). ).

このように、図74の移動可能な処理ユニットを、掘削又は大型の機械設備シャフトの最も近くまで運ぶことができる。   In this manner, the movable processing unit of FIG. 74 can be transported to the nearest to the excavation or large machinery shaft.

次に、図75A及び図75Bを参照して、力及びトルクの検出装置810を校正するための装置800について記述する。   Next, an apparatus 800 for calibrating the force and torque detection apparatus 810 will be described with reference to FIGS. 75A and 75B.

装置800は、力及びトルクの検出装置810と、1000kgの重量を持つ既知の質量部811と、校正ユニット818を備える。   The apparatus 800 comprises a force and torque detection device 810, a known mass 811 having a weight of 1000 kg, and a calibration unit 818.

力及びトルクの検出装置810は、中空管813において磁気的にエンコードされた領域812と、4つの磁場検出コイル814〜817を有する。   The force and torque detection device 810 includes a magnetically encoded region 812 in the hollow tube 813 and four magnetic field detection coils 814 to 817.

既知の重量811は、磁化された中空管813に既知の軸方向の力を加えるために力及びトルクの検出装置810の上端に置かれる。磁場検出コイル814〜817に接続された校正ユニット818は、既知の質量部811と、該質量部811の既知の力から生じる検出信号との間の相関関係に基づいて力及びトルクの検出装置810を校正するようになっている。   A known weight 811 is placed at the upper end of the force and torque detector 810 to apply a known axial force to the magnetized hollow tube 813. The calibration unit 818 connected to the magnetic field detection coils 814 to 817 includes a force and torque detection device 810 based on a correlation between the known mass unit 811 and a detection signal generated from the known force of the mass unit 811. Is supposed to be calibrated.

このように、既知の質量部811は、水平で安定した基盤819上に立っている水平に置かれた中空管813の上端に加えられる。力及びトルクの検出装置810(図74に示すように磁化することができる)の上端に質量部811が加えられた結果として、磁気的なエンコード領域812によって生成される磁場が変化して、磁場検出コイル814〜817に信号が生じる。このように、校正ユニット818で処理される当該信号は、既知の質量部811によって、磁化されたチューブ813に加えられる既知の軸方向の力と相関性をもつ。この対をなすデータの組、即ち、既知とされる軸方向の力と、その際に検出された信号が、校正ユニット818に保存される。   Thus, a known mass 811 is added to the upper end of a horizontally placed hollow tube 813 standing on a horizontal and stable base 819. As a result of the mass 811 being added to the upper end of the force and torque detection device 810 (which can be magnetized as shown in FIG. 74), the magnetic field generated by the magnetic encoding region 812 changes and the magnetic field A signal is generated in the detection coils 814 to 817. Thus, the signal processed by the calibration unit 818 has a correlation with the known axial force applied to the magnetized tube 813 by the known mass 811. The pair of data sets, that is, the known axial force and the signal detected at that time are stored in the calibration unit 818.

中空管813の上端面(その上に質量部811が置かれる)は、例えば、水平に配置され、そのためにチューブ813の上端の質量部811によって生じる力のベクトルが、基本的に中空管813の表面に対して垂直に向けられる(つまり、地球の中心に向けられる)。チューブ813及び/又は基盤819の上面が水平でない場合には、角度補正の計算が必要であるか又は該計算を行うことが望ましい。   The upper end surface of the hollow tube 813 (on which the mass portion 811 is placed) is, for example, disposed horizontally, and therefore the force vector generated by the mass portion 811 at the upper end of the tube 813 is basically the hollow tube. Oriented perpendicular to the surface of 813 (ie, directed to the center of the Earth). If the top surface of the tube 813 and / or the base 819 is not horizontal, an angle correction calculation is necessary or desirable.

掘削シャフト813が地中に戻され、そして掘削のために使用される場合に、掘削シャフト813に加えられる軸方向の力及びトルクは、磁場検出コイル814〜817によって測定され、そして校正信号と比較される。このようにして、トルク及び力の絶対測定が、軸方向荷重811を用いた校正に基づいて行われる。   When the drilling shaft 813 is returned to the ground and used for drilling, the axial forces and torques applied to the drilling shaft 813 are measured by the magnetic field detection coils 814-817 and compared with the calibration signal. Is done. In this way, absolute measurement of torque and force is performed based on calibration using the axial load 811.

校正において、コイル814〜817については、軸方向の力を測定できるように配置されることが必要である。また、トルク検出動作の場合に、コイル814〜817はトルクを測定できるように配置されることを要する。従って、コイル814〜817の軸は、校正モードから測定モードに変えるときに、それに従って方向を変えなければならない。   In calibration, the coils 814 to 817 need to be arranged so that axial force can be measured. In the case of torque detection operation, the coils 814 to 817 need to be arranged so that torque can be measured. Therefore, the axes of coils 814-817 must change direction accordingly when changing from calibration mode to measurement mode.

図76A及び76Bは、磁場検出コイル814〜817を配置する場合に可能な、2つの形態を示す。   FIGS. 76A and 76B show two possible configurations when the magnetic field detection coils 814 to 817 are arranged.

図77は、磁気的にエンコードされた領域1001、1002、又は1003を持った掘削シャフト1000の3つの実現可能な形態を示す。   FIG. 77 shows three possible configurations of a drilling shaft 1000 with magnetically encoded regions 1001, 1002, or 1003.

標識1001〜1003は、掘削シャフト1000(つまり、回転のパワー伝動シャフト1000)が、どの場所に磁気的なエンコード領域を持つかを表している。現実には、エンコーディング1001〜1003は、光学的に見えないし、そしてシャフト1000の機械的特性のいずれをも変えず又は干渉もしない。掘削シャフト1000は、1つの特別な位置1001でエンコードされ、又は、ある部分1002でエンコードされ、又はその全体1003でエンコードされる。多くの場合、1つの特別な位置1001でのエンコーディングが、静的なシステム運用のためには妥当である。エンコーディングの選択肢1002、1003は、掘削シャフト1000が回転しているか、又はあるやり方で動いている場合に専ら用いられる。   The signs 1001 to 1003 indicate where the excavation shaft 1000 (that is, the rotary power transmission shaft 1000) has a magnetic encoding region. In reality, encodings 1001-1003 are not optically visible and do not change or interfere with any of the mechanical properties of shaft 1000. The drilling shaft 1000 is encoded in one special position 1001, or encoded in one part 1002, or encoded in its entirety 1003. In many cases, encoding at one special location 1001 is reasonable for static system operation. Encoding options 1002, 1003 are used exclusively when the drilling shaft 1000 is rotating or moving in some way.

図78は、磁場検出コイル1100〜1103がどのように掘削シャフト1000の周りに配置されるかについて2つの形態を示す。   FIG. 78 shows two configurations for how the magnetic field detection coils 1100-1103 are arranged around the excavation shaft 1000.

次に、図79を参照して、物体を磁化するための装置6800について説明する。   Next, an apparatus 6800 for magnetizing an object will be described with reference to FIG.

図79に示すように、中空管121によって包囲されたシャフト150は、電源503によって生成された電気信号を中空管121に印加することで磁化される。装置6800によって、シャフト150を磁化することができ、これは、中空管121がシャフト150を取り囲むように中空管121を配置するとともに、円周に沿って配置された複数の接触点を介して電気信号を中空管121に加えることで可能となる。電源503によって生成された電気信号は、例えば、少なくともシャフト150の一部分が磁化されるようなパルス信号である。そして、図79に示すように、中空管121の外部において、シャフト150の2つの端部は、中空管121の外部に配置されたワイヤ6801によって短絡されている。   As shown in FIG. 79, the shaft 150 surrounded by the hollow tube 121 is magnetized by applying an electric signal generated by the power source 503 to the hollow tube 121. The device 6800 can magnetize the shaft 150 by placing the hollow tube 121 so that the hollow tube 121 surrounds the shaft 150 and via a plurality of contact points arranged along the circumference. This can be achieved by applying an electrical signal to the hollow tube 121. The electrical signal generated by the power source 503 is, for example, a pulse signal such that at least a portion of the shaft 150 is magnetized. As shown in FIG. 79, two ends of the shaft 150 are short-circuited by wires 6801 arranged outside the hollow tube 121 outside the hollow tube 121.

図80は、本発明の1つの実施形態による物体を磁化するための、更に別の装置6900を示す。   FIG. 80 shows yet another apparatus 6900 for magnetizing an object according to one embodiment of the invention.

装置6900の機能は、図72A、図72Bに示した装置の機能と非常に類似しているが、その相違点は、導電性プレート400が、シャフト150を中空管121に電気的に接触させる働きをもつ導電性流体6902(例えば、水銀)で置き換わっていることである。   The function of the device 6900 is very similar to the function of the device shown in FIGS. 72A and 72B, except that the conductive plate 400 makes the shaft 150 electrically contact the hollow tube 121. It is replaced with a conductive fluid 6902 having a function (for example, mercury).

次に、装置6900がどのように動作するかについて記述する。シャフト150の直径と基本的に等しい内径及び中空管121の内径と基本的に等しい外径を持つ中空円筒の形状をした1つの(例えば、電気的に絶縁性の)スペーサー要素6901は、中空管121とこの中空管内に置かれたシャフト150との間隙を封じて、それらの間に体積をもつように配置される。次に、導電性流体6902が装置6900に注入されて、中空管121とシャフト150、スペーサー要素6901によって規定される空間が満され、これにより、非常に柔軟な方法で、中空管121とシャフト150が電気的に結合することになる。   Next, how the device 6900 operates will be described. One (eg, electrically insulating) spacer element 6901 in the form of a hollow cylinder having an inner diameter that is essentially equal to the diameter of the shaft 150 and an outer diameter that is basically equal to the inner diameter of the hollow tube 121 includes: The gap between the empty tube 121 and the shaft 150 placed in the hollow tube is sealed, and the hollow tube 121 is disposed so as to have a volume between them. Next, a conductive fluid 6902 is injected into the device 6900 to fill the space defined by the hollow tube 121 and the shaft 150, the spacer element 6901, so that the hollow tube 121 and the The shaft 150 is electrically coupled.

次に、図81を参照して、本発明による力及びトルクの検出装置を校正するための装置7000について説明する。   Next, an apparatus 7000 for calibrating the force and torque detection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

装置7000は、トルク検出装置のシャフトを受け入れる基盤7001を含む。トルク検出装置は更に、2つの磁場検出コイル7004と、磁気的にエンコードされた領域7003を含み、該領域は、例えば、上述したPCME技術によって形成される。基盤7001は、シャフトが加えられる力によって動かず、また回転しないようにシャフト7002を受ける。モーター7005は、回転可能な要素7006(例えば、フライホイール)を駆動するように構成されている。この回転可能な要素7006は、制御可能な方法で回転でき、シャフト7002に結合されており、回転可能な要素7006の機械的な衝撃がシャフト7002に伝達され、シャフト7002に(反作用の)トルクが加わる。既知の値をもつ、そのような校正トルクに対する応答として、信号がコイル7004によって検出され、該コイルは、トルク検出装置の校正のために役立つ。従って、装置7000は、既知のトルク発生要素として、駆動される回転可能な要素7006を持つ。特に、回転可能な要素7006の回転状態における突然の変化(例えば、突然のブレーキ信号)は、校正信号としてトルク検出装置に加えられる(反作用の)トルク源として有用である。   Device 7000 includes a base 7001 that receives the shaft of the torque sensing device. The torque detection device further includes two magnetic field detection coils 7004 and a magnetically encoded region 7003, which region is formed, for example, by the PCME technique described above. The base 7001 receives the shaft 7002 so that it does not move or rotate due to the force applied to the shaft. The motor 7005 is configured to drive a rotatable element 7006 (eg, flywheel). This rotatable element 7006 can be rotated in a controllable manner and is coupled to the shaft 7002, the mechanical shock of the rotatable element 7006 is transmitted to the shaft 7002, and a (reactive) torque is applied to the shaft 7002. Join. In response to such a calibration torque having a known value, a signal is detected by coil 7004, which serves for calibration of the torque detector. Thus, the device 7000 has a rotatable element 7006 that is driven as a known torque generating element. In particular, a sudden change in the rotational state of the rotatable element 7006 (eg, a sudden brake signal) is useful as a (reactive) torque source that is applied to the torque detector as a calibration signal.

「備え(comprising)」という用語は、他の要素又はステップを除外しないし、そして「a」又は「an」は複数を除外しない。また、異なる実施形態に関連して記述された要素を結合してもよい。
尚、添付図は、本発明の理解を更に深めるために含まれるとともに、明細書の一部を構成するものとされ、本発明の実施形態を図示する。
The term “comprising” does not exclude other elements or steps, and “a” or “an” does not exclude a plurality. Also, elements described in connection with different embodiments may be combined.
The attached drawings are included for further understanding of the present invention and constitute a part of the specification, and illustrate an embodiment of the present invention.

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。FIG. 2 shows a torque sensor with a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention to illustrate a method of manufacturing a torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。In order to further illustrate one exemplary embodiment of the principles of the present invention and the manufacturing method of the present invention, FIG. 1 shows one exemplary embodiment of a sensor element of a torque sensor according to the present invention. 図2aのAA’線に沿った断面図を示す。Figure 2b shows a cross-sectional view along the line AA 'of Figure 2a. 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。FIG. 4 shows another exemplary embodiment of a sensor element of a torque sensor according to the present invention to further illustrate one exemplary embodiment of the principles of the present invention and the method of manufacturing a torque sensor according to the present invention. 図3aのBB’線に沿った断面図である。FIG. 3b is a cross-sectional view taken along the line BB 'of FIG. 3a. 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。FIG. 3 shows a cross-section of a sensor element in the torque sensor of FIGS. 2a and 3a manufactured according to a method according to one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 5 shows another exemplary embodiment of the sensor element of the torque sensor according to the present invention in order to further describe the exemplary embodiment of the manufacturing method for manufacturing the torque sensor according to the present invention. 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。FIG. 4 is a diagram illustrating another exemplary embodiment of the sensor element of the torque sensor according to the present invention in order to further describe an exemplary embodiment of the method of manufacturing a torque sensor according to the present invention. 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。FIG. 3 is a flow chart for further illustrating certain exemplary embodiments of a method for manufacturing a torque sensor according to the present invention. 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。FIG. 6 is a graph illustrating current versus time for further illustrating a method according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 shows another exemplary embodiment of the sensor element of a torque sensor according to the present invention with an electrode system according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a torque sensor according to the present invention with an electrode system according to one exemplary embodiment of the present invention. 図10aの電極による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。FIG. 10b shows the sensor element of FIG. 10a after applying a current surge by the electrode of FIG. 10a. 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。FIG. 6 shows another exemplary embodiment of a torque sensor element for a torque sensor according to the present invention. 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。FIG. 4 shows a situation where two magnetic fields are generated in a shaft and are running in a closed circle, showing a schematic diagram of a sensor element of a torque sensor according to another exemplary embodiment of the present invention. 本発明による製造方法に従って作られる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。Fig. 4 shows another schematic diagram for illustrating a PCME sensing technique using two reverse cycles, i.e. magnetic field loops, made according to the manufacturing method according to the invention. 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。FIG. 6 shows another schematic diagram for illustrating that the magnetic flux lines run in their initial path when no mechanical stress is applied to the sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows another schematic diagram for further illustrating the principles of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 4 shows another schematic diagram for further illustrating the principles of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows another schematic diagram for further illustrating the principles of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 2 shows a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 2 shows a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 2 shows a schematic diagram for further explaining the principle of one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 4 is a current versus time diagram for illustrating current pulses applied to a sensor element according to the manufacturing method of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 illustrates output signal versus current pulse length according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 shows current versus time with current pulses applied to a sensor element according to the method of the invention according to one exemplary embodiment of the invention. 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。FIG. 4 is another current versus time diagram illustrating one exemplary embodiment for a current pulse applied to a sensor element, such as a shaft, according to the method of one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 is a signal and signal efficiency versus current diagram in accordance with one exemplary embodiment of the present invention. 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を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a sensor element with a desired PCME current density according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows a cross-sectional view of sensor elements and pulse current density at various increasing pulse current levels, according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 shows the distance achieved by the magnetic current of different current pulses in the sensor element according to the invention. 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。FIG. 3 shows a current versus time diagram of a current pulse applied to a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 illustrates an electrical multipoint connection to a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows a multi-channel electrical connection having spring loaded contact points for applying current pulses to a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 shows an electrode system with an increased number of electrical connection points according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 38 illustrates one exemplary embodiment of the electrode system of FIG. 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。FIG. 3 shows a shaft processing retention clamp for use in a method according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。It is a figure which shows the encoding area | region of the double magnetic field of the sensor element by this invention. 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。FIG. 3 shows sequential dual field encoding process steps according to one exemplary embodiment of the present invention. 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の別の工程段階を示す図である。FIG. 6 illustrates another process step of dual field encoding according to another exemplary embodiment of the present invention. 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、センサー素子における別の典型的な実施形態を示す図である。FIG. 6 shows another exemplary embodiment of a sensor element, including a description of application of current pulses, in accordance with another exemplary embodiment of the present invention. 応力が加えられない時の本発明によるセンサー素子内の磁束方向を記した概略図を示す。Fig. 3 shows a schematic diagram showing the direction of magnetic flux in a sensor element according to the present invention when no stress is applied. 応力が加えられた時に図45のセンサー素子内における磁束方向を示す図である。It is a figure which shows the magnetic flux direction in the sensor element of FIG. 45 when stress is applied. 加えられ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。FIG. 46 illustrates the magnetic flux inside the PCM encoded shaft of FIG. 45 when the direction of applied torque is changing. 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。FIG. 2 illustrates a 6 channel synchronous pulse current drive system according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 is a simplified illustration of an electrode system according to another exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 illustrates a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows another exemplary embodiment of a sensor element according to the present invention having a PCME processing detection region with two pinned magnetic field regions. 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。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a manufacturing method according to one exemplary embodiment of the present invention for manufacturing a sensor element having one encoded region and a pinned region. 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。FIG. 6 is another schematic diagram illustrating a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention in accordance with a manufacturing method according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a simplified schematic diagram for further illustrating one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 is another simplified schematic diagram for further illustrating one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 shows the application of a torque sensor according to one exemplary embodiment of the invention in a motor gearbox. 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。FIG. 2 illustrates a torque sensor according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。1 is a schematic diagram of components in a non-contact torque detection device according to one exemplary embodiment of the present invention. FIG. 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。FIG. 2 shows components of a detection device according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 shows a coil arrangement of a sensor element according to one exemplary embodiment of the present invention. 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ー機器を示す図である。FIG. 2 illustrates a single channel sensor device according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 illustrates a two-channel short circuit protection system according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 illustrates a sensor according to another exemplary embodiment of the present invention. 本発明の1つの典型的な実施形態による二次側センサー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。FIG. 6 illustrates one exemplary embodiment for secondary sensor unit assembly according to one exemplary embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 shows two forms of primary sensor and secondary sensor geometrical arrangements according to one exemplary embodiment of the present invention. 二次側センサーとセンサーホストの間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。It is the schematic for demonstrating that it is desirable for the space | interval between a secondary side sensor and a sensor host to be as small as possible. 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。It is a figure which shows embodiment about the encoding apparatus of a primary side sensor. 他の物体を取り囲む物体を含まない磁化装置を示す図である。It is a figure which shows the magnetization apparatus which does not contain the object surrounding other objects. 他の物体を取り囲む物体を含む本発明による磁化装置を示す図である。FIG. 2 shows a magnetizing device according to the invention including an object surrounding another object. 本発明によって形成された磁気的なエンコード領域を持つトルク及び力の検出装置の概略図を示す。1 shows a schematic diagram of a torque and force detection device with a magnetic encoding region formed in accordance with the present invention. FIG. 図68Aに示す磁化装置で磁化されたトルク及び力の検出装置の信号対トルク図である。FIG. 68B is a signal versus torque diagram of the torque and force detector magnetized by the magnetizer shown in FIG. 68A. 図68Bに示す磁化装置で磁化されたトルク及び力の検出装置の信号対トルク図である。FIG. 69B is a signal versus torque diagram of the torque and force detector magnetized by the magnetizer shown in FIG. 68B. 本発明による物体を磁化するための方法の原理を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating the principle of a method for magnetizing an object according to the invention. 本発明による物体を磁化するための装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an apparatus for magnetizing an object according to the present invention. 図70Aとともに本発明による物体を磁化するための装置を示す概略図である。FIG. 70B is a schematic diagram showing an apparatus for magnetizing an object according to the present invention in conjunction with FIG. 70A. 本発明による物体を磁化するための別の装置を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another apparatus for magnetizing an object according to the present invention. 図70A〜70Cに示された装置による物体を磁化するためのパルス信号を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing a pulse signal for magnetizing an object by the apparatus shown in FIGS. 70A to 70C. 本発明による物体を磁化するための装置の別の実施形態を示す図である。FIG. 3 shows another embodiment of an apparatus for magnetizing an object according to the present invention. 図71Aとともに本発明による物体を磁化するための装置の別の実施形態を示す図である。FIG. 71B illustrates another embodiment of an apparatus for magnetizing an object according to the present invention in conjunction with FIG. 71A. 本発明の1つの実施形態による物体を磁化するための更に別の装置を示す図である。FIG. 6 shows yet another apparatus for magnetizing an object according to one embodiment of the invention. 本発明の実施形態による物体を磁化するための装置の上面図を示す。FIG. 2 shows a top view of an apparatus for magnetizing an object according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による物体を磁化するための様々な装置の上面図を示す。FIG. 2 shows a top view of various devices for magnetizing an object according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による物体を磁化するための様々な装置の上面図を示す。FIG. 2 shows a top view of various devices for magnetizing an object according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による物体を磁化するための様々な装置の上面図を示す。FIG. 2 shows a top view of various devices for magnetizing an object according to an embodiment of the invention. 本発明による物体を磁化するための別の装置を示す図である。FIG. 3 shows another device for magnetizing an object according to the invention. 本発明による力及びトルクの検出装置を校正するための装置を示す図である。FIG. 2 shows a device for calibrating a force and torque detection device according to the invention. 本発明による力及びトルクの検出装置を校正するための装置の異なる方向から見た図を示す。Fig. 3 shows a view from different directions of a device for calibrating a force and torque detection device according to the invention. 本発明による力及びトルクの検出装置の概略図を示す。1 shows a schematic view of a force and torque detection device according to the invention. 本発明による力及びトルクの検出装置の概略図を示す。1 shows a schematic view of a force and torque detection device according to the invention. 磁気的にエンコードされた中空円筒を異なる方向から見た図を示す。FIG. 3 shows a view of a magnetically encoded hollow cylinder from different directions. 本発明による検出装置を示す図である。It is a figure which shows the detection apparatus by this invention. 物体を磁化するための更に別の装置を示す図である。FIG. 5 shows yet another apparatus for magnetizing an object. 本発明の1つの実施形態による物体を磁化するための更に別の装置を示す図である。FIG. 6 shows yet another apparatus for magnetizing an object according to one embodiment of the invention. 本発明による力及びトルクの検出装置を校正するための別の装置を示す図である。FIG. 5 shows another device for calibrating a force and torque detection device according to the invention.

Claims (25)

第一物体及/又は第二物体を磁化するための方法において、
前記第一物体が前記第二物体を取り囲むように前記第一物体を配置するステップと、
第一電気信号を前記第二物体に加えるステップと、を含み、
前記第一物体は、中空管であり、
前記第一電気信号は、前記第一物体及/又は前記第二物体の少なくとも一部分が磁化されるように加えられ、
前記第一電気信号を加えた後に前記第二物体に第二電気信号が加えられ、前記第二電気信号は、前記第一物体及び/又は前記第二物体の少なくとも一部分が磁化されるように加えられ、前記第二電気信号は、振幅、符号、信号形状、及び持続時間からなるグループの少なくとも1つに関して、前記第一電気信号と異なり、
前記第一物体及び/又は前記第二物体は、前記第一電気信号及び前記第二電気信号を加えることによって磁化されるとともに、前記第一物体及び/又は前記第二物体の表面に対して垂直な方向において、第一磁気流が第一方向に存在し、かつ第二磁気流が第二方向に存在し、前記第一方向が前記第二方向と反対であるように磁場構造が生成されることを特徴とする方法。
In the first product body及 beauty / or methods for magnetizing the second object,
A step of the first object is to place the first object so as to surround the second object,
The first electrical signal comprises the steps of applying to said second object,
The first object is a hollow tube;
It said first electrical signal, at least a portion of the first material body及 beauty / or the second object is added to be magnetized,
After applying the first electrical signal, a second electrical signal is applied to the second object, and the second electrical signal is applied such that at least a portion of the first object and / or the second object is magnetized. The second electrical signal differs from the first electrical signal with respect to at least one of the group consisting of amplitude, sign, signal shape, and duration;
The first object and / or the second object is magnetized by applying the first electrical signal and the second electrical signal and is perpendicular to the surface of the first object and / or the second object The magnetic field structure is generated such that the first magnetic flow is in the first direction, the second magnetic flow is in the second direction, and the first direction is opposite to the second direction. A method characterized by that.
請求項1に記載の方法において、前記第一電気信号は、第一パルス信号又は一連の継続するパルス信号であることを特徴とする方法。The method of claim 1, wherein the first electrical signal is a first pulse signal or a series of continuous pulse signals. 請求項2に記載の方法において、時間対電流図で、前記第一パルス信号が、垂直な速い立ち上がりエッジを有し、且つ遅い立ち下がりエッジを有することを特徴とする方法。A method according to claim 2, in which the time-current diagram, the first pulse signal has a vertical of fast rising edge, characterized in that and have slow falling edge. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法において、前記第一電気信号が電流又は電圧であることを特徴とする方法。 4. A method as claimed in any preceding claim, wherein the first electrical signal is a current or a voltage. 請求項に記載の方法において、
前記第二電気信号が第二パルス信号又は一連の継続するパルス信号であることを特徴とする方法。
The method of claim 1 , wherein
The method of claim 2, wherein the second electrical signal is a second pulse signal or a series of continuous pulse signals.
請求項に記載の方法において、
時間対電流図で、前記第二パルス信号は垂直な速い立ち上がりエッジを有し、且つ遅い立ち下がりエッジを有することを特徴とする方法。
The method of claim 5 , wherein
In time versus current diagram, wherein the having the second pulse signal has a vertical of fast rising edge, and a slow falling edge.
請求項5又は6に記載の方法において、
前記第二電気信号が電流又は電圧であることを特徴とする方法。
The method according to claim 5 or 6 , wherein
The method wherein the second electrical signal is a current or a voltage.
第一物体及/又は第二物体を磁化するための装置において、
中空管である第一物体と、
第二物体と、
電気信号源と、を含み、
前記第一物体は、該第一物体が前記第二物体を取り囲むように配置され、
前記電気信号源は、第一電気信号を前記第二物体に加えるように構成され、前記第一電気信号が前記第一物体及/又は前記第二物体の少なくとも一部分が磁化されるように加えられ、
前記第一電気信号を加えた後に前記第二物体に第二電気信号が加えられ、前記第二電気信号は、前記第一物体及び/又は前記第二物体の少なくとも一部分が磁化されるように加えられ、そして、前記第二電気信号は、振幅、符号、信号形状、及び持続時間からなる群の少なくとも1つに関して、前記第一電気信号と異なり、
前記第一物体及び/又は前記第二物体は、前記第一電気信号及び前記第二電気信号を加えることによって磁化されるとともに、前記第一物体及び/又は前記第二物体の表面に対して垂直な方向において、第一磁気流が第一方向に存在し、かつ第二磁気流が第二方向に存在し、前記第一方向が前記第二方向と反対であるように磁場構造が生成されることを特徴とする装置。
An apparatus for magnetizing a first material body及 beauty / or the second object,
A first object that is a hollow tube ;
A second object,
An electrical signal source,
The first object is arranged such that the first object surrounds the second object;
The electric signal source is constituted of the first electrical signal to apply to said second object, such that the first electrical signal is at least a portion of the first material body及 beauty / or the second object is magnetized Added,
After applying the first electrical signal, a second electrical signal is applied to the second object, and the second electrical signal is applied such that at least a portion of the first object and / or the second object is magnetized. And the second electrical signal differs from the first electrical signal with respect to at least one of the group consisting of amplitude, sign, signal shape, and duration;
The first object and / or the second object is magnetized by applying the first electrical signal and the second electrical signal and is perpendicular to the surface of the first object and / or the second object The magnetic field structure is generated such that the first magnetic flow is in the first direction, the second magnetic flow is in the second direction, and the first direction is opposite to the second direction. A device characterized by that.
請求項に記載の装置において、
前記第二物体がシャフト、ワイヤ、及び中空管からなるグループの中の1つであることを特徴とする装置。
The apparatus according to claim 8 .
The apparatus wherein the second object is one of a group consisting of a shaft, a wire, and a hollow tube.
請求項8又は9に記載の装置において、
前記第二物体が前記第一物体の中心に配置されることを特徴とする装置。
The apparatus according to claim 8 or 9 ,
The apparatus, wherein the second object is arranged at the center of the first object.
請求項乃至10のいずれか一項に記載の装置において、
前記電気信号源はキャパシターバンクを備えることを特徴とする装置。
The apparatus according to any one of claims 8 to 10 ,
The apparatus of claim 1, wherein the electrical signal source comprises a capacitor bank.
請求項乃至11のいずれか一項に記載の装置において、
前記第一物体は第一電気接続部及び第二電気接続部を有し、前記第二物体は第一電気接続部及び第二電気接続部を有しており、そして前記第一物体の第二電気接続部が前記第二物体の第一電気接続部に結合されることを特徴とする装置。
12. The device according to any one of claims 8 to 11 ,
The first object has a first electrical connection and a second electrical connection, the second object has a first electrical connection and a second electrical connection, and a second of the first object An apparatus, wherein an electrical connection is coupled to the first electrical connection of the second object.
請求項12に記載の装置において、
前記電気信号源は、第一電気信号が前記第一物体の第一電気接続部と前記第二物体の第二電気接続部との間に印加できるように接続されることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 12 , wherein
The electrical signal source is connected such that a first electrical signal can be applied between a first electrical connection of the first object and a second electrical connection of the second object.
請求項12に記載の装置において、
前記第一物体が第三電気接続部を有し、前記第二物体が第三電気接続部を有することを特徴とする装置。
The apparatus of claim 12 , wherein
Wherein the first object has a third electrical connection, device said second object and having a third electrical connection.
請求項14に記載の装置において、
前記電気信号源は、前記第一電気信号が前記第一物体の第一電気接続部と前記第二物体の第二電気接続部との間に印加できるように接続されるとともに、第二電気信号が前記第一物体の第三電気接続部と前記第二物体の第三電気接続部との間に印加できるように接続されることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 14 .
The electrical signal source, together with connected thereto so as to be applied between the second electrical connection portion of said first electrical signal and the first electrical connection portion of said first object second object, the second electrical signal Is connected so that it can be applied between the third electrical connection of the first object and the third electrical connection of the second object.
請求項12乃至15のいずれか一項に記載の装置において、
前記第一物体の第二電気接続部を前記第二物体の第一電気接続部に結合するように配置された導電性の結合要素を更に備えたことを特徴とする装置。
The device according to any one of claims 12 to 15 ,
The apparatus further comprising a conductive coupling element arranged to couple the second electrical connection of the first object to the first electrical connection of the second object.
請求項16に記載の装置において、
前記結合要素が導電性プレート又は導電性液体であることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 16 .
A device characterized in that the coupling element is a conductive plate or a conductive liquid.
請求項乃至17のいずれか一項に記載の装置において、
前記第一物体に加えて、前記第二物体は、第一電気信号が加えられる時に磁化されるように適合されることを特徴とする装置。
The apparatus according to any one of claims 8 to 17 ,
In addition to the first object, the second object is adapted to be magnetized when a first electrical signal is applied.
請求項乃至11のいずれか一項に記載の装置において、
前記第二物体は第一接続部及び第二接続部を備え、前記電気信号源は前記第二物体の第一接続部と第二接続部との間に接続されることを特徴とする装置。
12. The device according to any one of claims 8 to 11 ,
The second object includes a first connection part and a second connection part, and the electrical signal source is connected between the first connection part and the second connection part of the second object.
請求項乃至11、又は19のいずれか一項に記載の装置において、
前記電気信号源は第一物体から切断されていることを特徴とする装置。
The apparatus according to any one of claims 8 to 11 or 19 ,
The apparatus wherein the electrical signal source is disconnected from the first object.
請求項19又は20に記載の装置において、
前記第二物体の一部分は、前記第一物体により包囲されておらず、更に前記第一物体で包囲されていない前記第二物体の部分を前記第一物体から電磁気的に遮蔽するように配置され且つ構成された遮蔽要素を含むことを特徴とする装置。
The device according to claim 19 or 20 ,
A portion of the second object is not surrounded by the first object, and is further arranged to electromagnetically shield a portion of the second object not surrounded by the first object from the first object. And a configured shielding element.
請求項21に記載の装置において、
前記遮蔽要素は、前記第一物体と、前記第一物体で包囲されていない前記第二物体の部分との間に配置されることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 21 .
The apparatus according to claim 1 , wherein the shielding element is arranged between the first object and a part of the second object not surrounded by the first object.
請求項21に記載の装置において、
前記遮蔽要素が管であって、前記第一物体で包囲されていない前記第二物体の部分を取り囲むように配置されることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 21 .
The device characterized in that the shielding element is a tube and is arranged to surround a part of the second object not surrounded by the first object.
請求項21に記載の装置において、
遮蔽要素が複数の下位要素を備え、該要素は前記第一物体で包囲されていない前記第二物体の部分を取り囲むように配置されることを特徴とする装置。
The apparatus of claim 21 .
A device wherein the shielding element comprises a plurality of sub-elements, the elements being arranged to surround a portion of the second object not surrounded by the first object.
採鉱シャフト、コンクリート処理シリンダ、ギアボックス内のプッシュプルロッド、及びエンジンシャフトからなるグループの中の1つを磁化させるために、請求項乃至24のいずれか一項に記載の装置を使用する方法。25. A method of using an apparatus according to any one of claims 8 to 24 to magnetize one of the group consisting of a mining shaft, a concrete processing cylinder, a push-pull rod in a gearbox, and an engine shaft.
JP2006546102A 2003-12-30 2004-12-29 Method and apparatus for magnetizing an object Expired - Fee Related JP4800222B2 (en)

Applications Claiming Priority (15)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US53327603P 2003-12-30 2003-12-30
EP03030030 2003-12-30
US60/533,276 2003-12-30
EP03030030.5 2003-12-30
US59811104P 2004-08-02 2004-08-02
US60/598,111 2004-08-02
US61256204P 2004-09-23 2004-09-23
US60/612,562 2004-09-23
US61789004P 2004-10-12 2004-10-12
US60/617,890 2004-10-12
US62635904P 2004-11-09 2004-11-09
US60/626,359 2004-11-09
US62958904P 2004-11-19 2004-11-19
US60/629,589 2004-11-19
PCT/EP2004/014797 WO2005064302A2 (en) 2003-12-30 2004-12-29 Methods and apparatuses for magnetizing an object and for calibrating a sensor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007517206A JP2007517206A (en) 2007-06-28
JP4800222B2 true JP4800222B2 (en) 2011-10-26

Family

ID=44946875

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006546101A Active JP4800221B2 (en) 2003-12-30 2004-12-29 Torque sensor
JP2006546102A Expired - Fee Related JP4800222B2 (en) 2003-12-30 2004-12-29 Method and apparatus for magnetizing an object

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006546101A Active JP4800221B2 (en) 2003-12-30 2004-12-29 Torque sensor

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP4800221B2 (en)
ES (1) ES2670169T3 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7631564B1 (en) * 2008-06-06 2009-12-15 General Electric Company Direct shaft power measurements for rotating machinery
US8229682B2 (en) * 2009-08-17 2012-07-24 General Electric Company Apparatus and method for bearing condition monitoring
EP3270389B1 (en) 2016-07-12 2019-04-10 Ncte Ag Magnetising of a hollow shaft

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002513147A (en) * 1998-04-23 2002-05-08 ファースト テクノロジー ゲーエムベーハー Magnetic device for torque / force sensor
JP2002540392A (en) * 1999-03-23 2002-11-26 ファースト テクノロジー ゲーエムベーハー Magnetizing torque transducer element
JP2003531368A (en) * 2000-04-17 2003-10-21 ファースト テクノロジー アーゲー Magnetic transducer and method of manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5520059A (en) * 1991-07-29 1996-05-28 Magnetoelastic Devices, Inc. Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same
JP2001083025A (en) * 1999-09-16 2001-03-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Torque detecting device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002513147A (en) * 1998-04-23 2002-05-08 ファースト テクノロジー ゲーエムベーハー Magnetic device for torque / force sensor
JP2002540392A (en) * 1999-03-23 2002-11-26 ファースト テクノロジー ゲーエムベーハー Magnetizing torque transducer element
JP2003531368A (en) * 2000-04-17 2003-10-21 ファースト テクノロジー アーゲー Magnetic transducer and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007517205A (en) 2007-06-28
JP4800221B2 (en) 2011-10-26
ES2670169T3 (en) 2018-05-29
JP2007517206A (en) 2007-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080313886A1 (en) Methods and Apparatuses for Magnetizing an Object and for Calibrating a Sensor Device
US8106652B2 (en) Apparatus for magnetizing a magnetizable element
JP2008537323A (en) Method and array apparatus for magnetizing a magnetizable object
EP1774271B1 (en) Sensor
JP2009519592A (en) Sensor
US20070247224A1 (en) Sensor Electronic
JP4800222B2 (en) Method and apparatus for magnetizing an object

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110322

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110712

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110803

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees