JP2003507701A - トルクまたは力センサ用磁気変換素子 - Google Patents

トルクまたは力センサ用磁気変換素子

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Abstract

(57)【要約】 ディスク（１０）等の構造体のための磁気的トルク変換器であって、ディスクを介してトルクが、ディスクを装着した中央シャフト（２０）と歯車（２４）等の外周との間で伝達される。トルクが伝達される中間区域は磁化されて、２つの磁化環状区域（１２、１４：５４、５６）を有する変換素子（２２）を装備し、２つの磁化区域は協働してトルク依存磁界（Ｍｓ）を放散する。２つの磁化区域は反対極性を持ちディスクを通る長手方向に磁化されても（１２、１４）、円周方向に磁化されてもよい（５４、５６）。非接触センサ（２６ａ−２６ｃ）のセンサーアセンブリに用いて放散磁界を検出し、回路に接続されてトルク依存の信号を提供する。代替では、単一磁化環状区域が用いられる。ひとつまたは複数の環状区域は完全な環である必要はない。同一のディスク状構造体は、ディスクに発生する応力となる曲げモーメントまたは他の力を測定するための力センサとしても使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野 本発明は、トルクまたは力センサ変換器での使用に好適な変換素子と、その素
子を組込んだ変換器アセンブリに関する。
【０００２】発明の背景 軸を中心に回転するシャフトにおけるトルクの不接触検知への一つの手がかり
は、磁気弾性に基づくトルクセンサである。磁気弾性変換素子は、トルクが測定
されるシャフトに固着されるか、あるいはそれと一体であり、変換素子によって
形成されるトルク依存磁界は、シャフトの外部にあるものの、シャフトには接触
せずに発生磁界に応答する検知素子によって検出される。検知素子の例は、ホー
ル効果素子、飽和コイルセンサ、またはこの技術で周知な種々の他の磁界感応性
素子である。実際には、検知素子は素子のアセンブリであってもよいことが理解
されよう。例えば、複数の検知素子がシャフトの軸周りに配設され、トルク依存
磁界に対しては加算的であるが、地磁気のような外部磁界に対しては打消すよう
に相互接続される。
【０００３】 磁気弾性変換素子は、円周方向に磁化されたリングすなわち環を形成する。磁
界は、常時はエレメント内に包含される閉ループを形成する。
【０００４】 変換素子の一形態は、いずれも Garshelis へ付与されて Magnetoelastic Dev
ices, Inc. へ譲渡された、米国特許第５，３５１，５５５号、第５，４６５，
６２７号および第５，５２０，０５９号に開示されるような、シャフトに取付け
られる別体の磁気弾性材料製リングである。リング変換素子では、リングは、リ
ング内に閉じ込められた円周方向磁界を保持する。つまり、磁界は、トルクの無
い場合は外部から検出できない。シャフトのトルクが磁気弾性リングへ伝達され
る場合に、外部磁界が放散され、センサ編成によって検出される。
【０００５】 円周方向に磁化された磁気弾性センサの提供に対する別の手がかりは、国際特
許出願ＰＣＴ／ＧＢ９９／００７３６（ＷＯ９９／５６０９９として１９９９年
１１月４日に公開）に開示されており、ここでは、変換素子は、トルクが測定さ
れるシャフトの一体部分である。これは、別体のリングをシャフトへ適正に固着
する際の問題を回避する。一体の変換素子の手がかりは、公開された国際特許出
願ＷＯ９９／２１１５０およびＷＯ９９／２１１５１にも開示されている。
【０００６】 磁気弾性は、今のところ依然として明白に充分理解されて説明されてはいない
現象である。従って、トルク検知に対して、殊に適切な変換素子に用いることが
できる他の形態の磁化を探求することが一般的に望ましい。
【０００７】 代替の円周方向磁化では、一つ以上の磁気変換素子が、長手方向磁化、すなわ
ち円周方向磁化とは対照的に軸方向に配置する磁化を使用して、磁化材料ででき
たシャフトへ一体に設けられる。長手方向磁化はシャフトの環状区域、またはそ
のような区域の２つ以上に適用される。
【０００８】 長手方向磁化は、本出願（Lloyd Wise, Tregear 件番４４５１９）と同時に提
出された出願の主題である。それは、本出願の優先権主張の基となる、１９９９
年８月１２日出願の同じ英国特許出願ＧＢ９９１９０６５．４に基づいて優先権
を主張している。
【０００９】 円周方向磁化および長手方向磁化は両方とも、トルクがシャフト軸方向に磁化
区域を通って伝達されるシャフトまたは同様部品、例えば、一端にトルクがかか
り、他端に負荷がかかる負荷伝達シャフトに主として適用されてきた。
【００１０】 負荷伝達が基本的に半径方向である部品でトルクを測定するニーズがある。そ
の一例は、被駆動シャフト上に装着され、外周に歯車の歯のような駆動手段を有
するディスク状構造体である。駆動は逆方向であってもよい。
【００１１】 自動車用変速機でのトルク測定のための一つの提案が、米国特許第４,６９７,
４６０号（Sugiyama 他）に開示されている。通電コイル／検出コイルアセンブ
リが、トルク応力が発生するディスクに隣接して非接触で置かれる。通電コイル
は交流電圧を印加されて、トルク感応性を有するディスクを通る磁束経路に交流
磁束を形成する。検出コイルは、循環磁束のトルクに依存する変化を検知する。
【００１２】発明の概要 本発明は、半径方向に延びるトルク伝達経路に配置される１又は複数の磁気変
換素子によってこの問題に対する数多くの解決法を本発明者が提供できるように
するものである。この目的を達するために、変換素子はプレート形またはディス
ク形に形成され、そこではプレートまたはディスクの少なくとも一つの主要面が
、磁界センサ配置と協働できるようになっている。
【００１３】 本発明は、曲げモーメントまたは剪断モーメントを受けるディスク状またはプ
レート状部材における曲げ力または剪断力を測定するという概念も含む。
【００１４】 保護を求める本発明の局面および特徴は、特許請求の範囲に明示される。
【００１５】発明の好ましい実施の形態の説明 本実施の形態においては、同等の部品には同等の符号を付す。 以下の記載では、トルクや他の力を検知する際に用いることのできる、数多く
の異なる磁化の形態または態様を説明する。一貫性があって信頼性のある測定の
ために、磁化される構造体は、最初に図１２を参照して以下に説明する前磁化処
置(pre-magnetisation process)を受け、そして可能な限り、これも以下に説明
する後磁化処置(post-magnetisation process)を受けることが好ましい。
【００１６】 図１は、軸Ａ−Ａ周りにトルクを受けることになる円形ディスク１０の直径方
向断面を示す。ディスクは磁化しうる材料でできているか、あるいは少なくとも
その環状区域２２がそのようになっている。ディスクの周縁に隣接して、ディス
クはその厚さを通し磁化されて、２つの半径方向に離間した反対極性の区域１２
と１４を有する。これは、ディスクを介して相互に向き合う反対磁極を持つ一対
の磁石（永久磁石または電磁石）１６と１８間でディスク１０を回転することに
よって得られる。従って、各区域１２と１４は磁化の環になる。併せてそれらは
、変換素子つまり区域２２を提供する。磁束はある程度までは、両区域を含むル
ープ内に閉じる傾向にあり、トロイダル磁束パターンとは似ていない。これは、
ディスクが比較的高い透磁率を持つことを想定している。しかし、ループ概念は
、全体としての環状磁化区域２２が両側で低い透磁率の空気で境界を設けてある
ので、あまり遠くまで取ることができない。従って、磁束は、ディスク表面から
空気媒質中に出現することになる。センサの性能は、更に説明するように、磁化
環状区域がそれらの間の区域より厚くなるようにディスクを整形することによっ
て、またはディスクの無センサ側で磁束経路を閉じることによって改善できる。
【００１７】 更に、環状区域の輪郭を円周方向で変更することによって、ディスクが回転す
るとともに磁界の大きさが変化する。これを使って、ディスクの回転速度を検出
できる。
【００１８】 図２は、斜線で示す区域１２、１４を持つディスクの一方の表面１１の図を示
す。この表面の外部にあって区域１２と１４を結ぶ磁束は、半径方向に位置する
ことが分かるであろう。この磁束を図３にＭｒとして示す。ここで、例えば歯車
２４として形成されたディスクの外周で駆動がなされるよう、軸Ａ−Ａを中心に
共に回転するようディスクが固定されたシャフト２０からのトルクを伝達するた
めに使用されるディスクを考えることにする。ディスクを介して伝達されるトル
クは、図３に示す半径方向磁界成分Ｍｒを、Ｍｒ'で示すように、偏向つまり斜
めにして、半径方向から僅かにオフセットさせる性向がある。Ｍｒ'は、半径方
向成分と、環状検知区域１２２に対して円周方向に作用する直交成分Ｍｓとに分
解できる。Ｍｓの大きさと方向は、与えられたトルクの大きさと方向に依存する
。このことは、ディスクの外周から中央のシャフトへの駆動伝達へも等しく適用
されよう。
【００１９】 再び図２を参照すると、半径方向磁界Ｍｒは、半径方向に配向されたセンサ２
６によって検出でき、Ｍｓ成分は、半径方向に直角を成すセンサ１２８によって
測定できる。これらのセンサは、非接触方式で回転してセンサを通過するディス
クに対して固定位置に置かれる。
【００２０】 ディスクにおける駆動構造と応力の分布によっては、もっと多くの対の非接触
センサ２６、２８を、ディスク周りに角度を変えて配置してもよい。図２は、４
対のそのような非接触センサを示す。
【００２１】 本トルクセンサ構成を使用して、外周が固定保持される、つまり例えば制動力
がかかっているとき、あるいはトルクが外周へかけられてシャフト２０が固定さ
れるか制動されるときに、ディスクへ伝えられるシャフト２０におけるトルクを
測定できることも明白であろう。
【００２２】 一対の直径方向に対向した配向のＭｓセンサ２８ａ,２８ｂは、Ｍｓ成分に関
する限り加算するものの、地磁気等の外部磁界の影響を打消すべくセンサが接続
されるように、Ｍｓ成分を生成する。直交配置された２対における４個のセンサ
２８ａ〜ｄを使用することにより、Ｍｓ成分を加算する一方、いずれの方向から
の外部磁界の打消しも可能となる。
【００２３】 また、基準成分Ｍｒのための複数の半径方向センサ２６、殊に直交配置された
２対における４個のセンサを使用することにより、いずれの外部磁界の打消しも
行えるように接続が可能となる。外部磁界を打消す一方で所望の磁界成分を加算
するセンサの配置は、前記ＧＢ９９１９０６５．４に基づく、同時出願（Lloyd
Wise, Tregear ケース４４７１９）で更に検討されている。
【００２４】 変換器アセンブリ用センサ素子はディスク１０の片側にある。磁気的効率は、
区域１２と１４を架橋するために高透磁率材料の環を提供する部材によって他方
側で磁気経路を閉じて高めることができる。
【００２５】 図１から３の実施の形態で、ディスクは、負荷伝達部材として直接的に使用さ
れる。適切に磁化されたディスク状または他のプレート状の部材も、負荷伝達部
品、または作動時にトルクを受ける部品へディスクまたはプレートを固定するこ
とによってトルク測定のために使用できる。例えば、図４は軸Ａ−Ａを中心に回
転して内部でトルクを生成する部品３０を示す。この部品は、トルクによる応力
が表われる面３２を有し、そして図２に示す種類のディスク３４が面３２へ付加
されている。ディスク３４は、例えば、センサ区域２２の半径方向内外両方でね
じ３６によって表面へしっかりと固定されねばならず、それにより応力が正確に
この区域で反映される。
【００２６】 ディスクの磁気的効率を改善するために、無センサ側は、少なくとも区域１２
と１４間に作用する高透磁率材料の環３８によって変換器区域での磁気経路を閉
じることができる。部品１３０自体がこの機能を提供してもよい。
【００２７】 半径方向に離間した反対極性の追加区域をディスク上に設けてもよい。これら
の追加区域は、キーパーつまり保護区域(keeper and guide regions)を形成する
。キーパーつまり保護区域については、ＧＢ９９１９０６５．４に基づいて優先
権を主張した同時出願である（Lloyd Wise, Tregearケース４４７１９）に記載
されている。
【００２８】 図５は、ディスク状トルク変換器アセンブリが、どのようにして円周方向磁化
により作動するかを図解する。図５は、トルクが軸Ａに加えられる駆動力と周辺
との間に、または先に述べたように、その逆に伝達されるディスク５０の正面図
である。この実施の形態には、内側環状区域５４と外側環状区域５６とを備える
変換器区域５２がある。円周方向磁化は、Ｕ字形磁石形態を使用して面５８を通
して印加されることができ、このＵ字形磁石形態では、ＮとＳ磁極は、図２のよ
うに半径方向に整列されるのでなく、環５４のために、符号４０、４２で示され
るように半径に対して垂直に整列される。環５６も同様に作られ、ディスクは磁
石に対して回転されて環を磁化することが理解されよう。
【００２９】 トルクが無い場合、区域５４と５６における円周方向磁界は、環状区域内に捕
捉されることになる。磁化材料は磁気弾性を呈することがここでは想定されてい
る。しかし、トルクのもとで磁界は、従来技術の円周方向変換器、例えば、Gars
helis の米国特許第５，３５１，５５５号、第５，４６５，６２７号、および第
５，５２０，０５９号で周知な様式で斜めになる。その結果、面５８で区域５４
と５６が反対極性の磁極を発現する。極性はトルクの方向に依存する。
【００３０】 半径方向磁界Ｍｓは、表面５８の外部で区域５４と５６間に生成され、半径方
向磁束の方向と大きさはトルクの方向と大きさの関数である。半径方向磁束は、
図２で半径方向（基準）磁束に対して配設されたセンサで検知できる。図２と対
照的に、検出可能なトルク依存磁束は円周方向というより、むしろ半径方向であ
り、利用できる基準磁界成分はない。、
【００３１】 図２の磁化形態の変形が図６に示されており、ここでディスク１０は、片側で
単一磁石ソース、例えば面１１に隣接する磁石１６を受けて、反対極性の２つの
半径方向に離間された環状磁極１２'と１４'を持つ点線で示したようなディスク
の材料内に、閉じられた磁化帯域２３を作り出し、両環状磁極間には、図３のよ
うに、外部の半径方向基準磁界Ｍｒが存在し、半径方向つまり接線方向のトルク
依存磁界Ｍｓがトルクのもとで作り出される。
【００３２】 その他の変形も可能である。例えば、図１の磁化ソースを提供する磁石を、図
７に示すように、対向する極性の磁極を持って傾斜配設された、ディスク１０の
各側面上のそれぞれの単一磁石１６'、１８'で置換えることができ、それにより
、ディスクを介したトルク伝達の方向に対して角度を成すゾーン１２'のような
単一環状ゾーンを創出する。この代替は、ディスク内に傾斜磁化を作り出すため
に磁石を半径方向にオフセットさせることに基づく。そのようなゾーンは、ディ
スクが十分に薄くて磁石が十分に強い場合、片側だけにディスクの平面に対して
角度を成す単一磁石磁極によっても創出できる。単一磁石を、ディスク面に対し
平行に置くことにより、磁束経路をディスクを介して閉じさせることもでき、こ
れは、各々が環状のゾーンである２つの半径方向に離間した磁極を持つようにデ
ィスクを磁化するであろう。
【００３３】 図８は、異なる平面内にある部分１０ａと１０ｂ間に段差を備える中間部１０
ｃによって外歯付部分１０ｂへ接続された中央ハブ部分１０ａを有する転位歯車
を図解する。図７と同様に、一対の磁石１６”と１８”が、この場合には、トル
ク伝達方向と角度を成す磁化帯域１２”を備えるようオフセットされる。磁石は
部分１０ａと１０ｂによって画成される平面内にあることが注目される。
【００３４】 図８に関しては、トルクが、それ自体半径方向に配向されていない構造体の一
部分で検知され得るものの、半径方向トルク伝達が発生する略半径方向に延びる
構造体へ、本発明が適用可能であることを図解する。
【００３５】 図７と８の単一磁界でさえ、伝達トルクが外部センサで検知可能な発生磁界の
歪を引起すことが実際に判明した。
【００３６】 他の変形が、これまで説明したトルクセンサ構成に対して行える。上で検討し
たディスク状構造体は、少なくとも磁気変換素子が形成されることになる場所で
は、軸を中心とする完全な環であった。しかし、ディスク状構造体および磁化区
域（単数または複数）は、一ヶ所以上で切断可能である。その要件は、トルク伝
達経路が通過して延びかつ上で説明した方法の一つで磁化可能な、少なくとも角
度を持つセクターにわたり延びる構造体材料があって、トルク依存の磁界出力を
提供することである。環状経路の、角度方向にオフセットされた一つ以上のセク
ターへの中断を利用して、ディスク状構造体がセンサーシステムに対して回転す
る際にパルス形式の出力を供給することができ、それによりトルク測定だけでな
く速度測定も行える。
【００３７】 上記実施の形態では、ディスク状または同様な構造体が、必要に応じて磁化さ
れ、次に磁化ソースから取外されて、またはその逆に、動作可能に使用される。
状況によっては、磁化ソースがディスク状構造体に付随して磁化動作可能にその
場に残ることも企図される。これは、構造体が回転する度毎に、変換器区域が更
新される、つまり書換られることを可能にする。センサまたはセンサーシステム
は、ソースによって影響を及ぼされずにトルク依存磁界に応答するよう、磁化ソ
ースから角度方向にオフセットされる。この継続的に書換られる変換器は、以下
説明するような前磁化処置を使用する必要性を排除できる。
【００３８】 本発明を実施するディスク形態、と便宜上呼ばれ得るものは、回転シャフト上
に実施可能な構成に類似する本質的に平面形態の種々の構成で実施する基礎を提
供する。ディスク形態は、トルク以外の応力測定にも適合できる。このアイデア
の種々の実施を以下説明する。
【００３９】 図１から８で一般的に示すディスク形態により、トルク以外の与えられた力を
測定することができる。好適な形態を図９から１１に示す。この形態では、管１
７０が、図９ａと９ｂに示すように外側磁化区域の周りでディスク上に装着され
る。アクスルへ与えられた力は、ディスクを通り管１７０へ、およびその逆に伝
達される。図１０に示すように、軸方向の力がアクスルまたは管１７０へ与えら
れたときに、または曲げ力または剪断力が図１１に示すように与えらたときに、
機械的応力がディスクに生成され、結果として、例えば図１１ａに示すように、
磁束変化となる。先にに説明したように磁気センサによる磁束変化の検出によっ
て、これらの力の性質と大きさが決定できる。磁化区域（単数または複数）に隣
接するこれらセンサの精確な設置は、ディスク状構造体に生成される機械的応力
の性質だけでなく、用いられる磁化のモードにも依存することになる。
【００４０】 一貫性と再現性のある測定という観点で、最適な変換器性能を達成するために
、先ず望ましいのは、ディスクまたはディスク状、あるいはプレート状の構造体
（以後は全て、単にディスクと称する）、または磁化される区域または複数の区
域に関係するディスクの少なくともその一部に、前磁化処理を施し、それによっ
てディスクを磁気的浄化することである。磁気的浄化(magnetic cleansing)のた
めに好適な装置の一つの形態を図１２に示す。記載の前磁化処理は、所要の磁化
区域の形成が必要なディスクへ適用可能である。記載の処理は、不明の磁界パタ
ーンができてしまったかもしれないディスクを脱磁つまり消磁する。
【００４１】 受け入れたディスクは、材料内の磁気ドメインに対し異なる影響を及ぼす種々
の機械的および／または熱処理の操作を受けているかもしれない。ディスクは不
確定な磁界にさらされて、それを獲得してしまっているかもしれない。そのよう
な未知な点は変換器性能にとって有害である。従って、ほとんどの場合、ディス
クは前磁化処置を施されて、先に磁気的浄化と称した磁気的に確定した状態にさ
れる。
【００４２】 必要な脱磁の程度は、その後に成される磁化に部分的に依存する。例えば、変
換素子を作り出すための磁気的過程が比較的低いレベルの磁界強度を使用する場
合、センサの対象（ディスク）を完全に脱磁することがますます重要になる。こ
うした中で、磁気的浄化が意味することは、消磁つまり脱磁の処置の結果、シャ
フト材料の個々の粒子の磁気的方向が不規則となり、それにより何れの特定方向
の磁気ドメインのグループ化も存在しないことである。磁気ドメイングループ化
があって 個々の粒子の幾らかの組織化された磁気的配向を提供すると、それは
磁化変換素子の不具合に通じる。例えば、測定された磁気的信号のオフセット増
加；シャフト回転角の関数としての信号の不均一性；および、変換素子の時間経
過での安定性低下；などである。
【００４３】 磁気的浄化は、磁化変換素子が形成される区域を十分に越えて広げられなくて
はならず、例えば、好ましくはセンサの対象には不確定な局所磁石系が無いよう
にディスク全体が脱磁されるべきである。そのような局所系は時間経過でディス
ク内を移行して、現在進行形ベースで変換器仕様に影響を及ぼすことがある。磁
気的浄化にもかかわらずそのような磁界が残存する場合、上に記載したような保
護磁界を設けることが、この可能性を緩和する方策となる。
【００４４】 図１２は、磁気的浄化のための装置を図解する。装置は、中空ソレノイド式に
巻かれた脱磁コイル８０、主電力供給された変圧装置８２、および電流制限器８
４を備える。１８ｍｍ直径のディスクにとって好適なコイルは、強電流搬送容量
線を、巻数３００で約３０ｃｍの直径にしたコイルであった。ソレノイドコイル
に巻かれた外側導体の重装同軸線が好適であることが立証された。変圧装置８２
は、１１０または２４０ＶＡＣの主ＡＣ電源へ接続された可変変圧器８６を備え
る。これは、次にその２次巻線で、およそ４８Ｖまでの電圧で１０アンペア以上
を安全に送出する能力のある絶縁変圧器８８へ接続される。コイル８０は、電流
制限器８４を通して変圧器８８の２次巻線へ接続され、電流制限器８４は、抵抗
器、例えば電力レオスタット、またはさらに精巧な電子装置であってもよい。コ
イルを通る電流を監視する措置が取られる場合、電流制限器は省略されてもよい
。普通のコイル抵抗は、約１００ミリオームであろう。変圧装置を変更すること
によって、電流を望み通りに制御することができる。
【００４５】 コイル８０が通電され、コイルが８〜１０Ａで通電されている間に、ディスク
がコイルを通過させられる。これは、約１ｋガウスの消磁磁界を作り出す。普通
には、５００〜１２００ガウス範囲の磁界を達成することが期待される。このデ
ィスクは、コイルの軸に沿い移動する可動冶具上に搭載でき、移動はディスクの
遠端がコイルを離れるまで続き、それによりシャフトが受ける磁界は次第に減少
する。消磁処置を達成する他の方法もあり、それは、コイルに対するディスクの
軸方向位置の関数としてのコイル電流の制御を含む。
【００４６】 コイル８０は、ディスクを収容するサイズであると理解されよう。これが実際
的でない場合、コイルはディスクへ近接して、次にディスクから離れるよう移動
してもよい。軸周りにヘリカル状に延びるソレノイドコイルは、この場合の使用
に最も好都合な形態ではないかもしれない。
【００４７】 この前磁化は、広範なセンサ対象の形状（シャフト、ディスク等）への、およ
び広範な磁気変換器形式へのさらに一般的な適用可能性をもたらすと考えられる
。 前磁化処置に、上で説明したようなディスクの磁化が続く。記載の磁化処置に
続き、後磁化ステップが、前磁化処置と同じ様式で、しかしより低いレベルの磁
界で行うことができる。
【００４８】 後磁化処置では、ここで磁化されたディスクが、再び、通電ソレノイドコイル
８０を軸方向に通過する。しかし、コイルを通るＡＣ電流は、前磁化処置の場合
より一桁低い。上記前磁化の例で、前磁化で用いた８〜１０Ａの電流は、後磁化
用におよそ０．５〜１Ａへ低減される。この電流値は、確立されることを求めら
れた基本磁気パターンを変化させない値であるが、最良に推量できるように、磁
化処置後に存在し得る寄生磁界を低減するか、または拒絶する。後磁化ステップ
は、ディスク回転に伴う出力信号の均一性、時間経過によるオフセット、および
最終的なセンサ安定性を一般的に改善することが判明した。
【００４９】 上記で既に指摘したように、ディスクが回転する際に、ディスクが磁石システ
ムによって継続的に書換えられる場合には、上記で開示した前磁化処置は必須で
はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、変換素子が形成されたディスク状部材を使用する本発明の実施の形態
の側面図を示す。
【図２】 図２は、図１に示すディスクの変換器アセンブリ側の正面図である。
【図３】 図３は、半径方向と円周方向の磁界のベクトル図である。
【図４】 図４は、図１の実施の形態の変形である。
【図５】 図５は、変換素子が形成されたディスク状部材を使用する本発明の別の実施の
形態の図である。
【図６】 図６は、図１と同様な図であり、片側磁化ソースの使用を示す。
【図７】 図７は、単一磁化変換器区域を用いたディスク状トルク伝達構造体の側面図で
ある。
【図８】 図８は、図７の構造体の変形であり、ここには段差構造が用いられて、その段
差部に単一磁化変換器区域がある。
【図９】 図９は、曲げ力および剪断力の測定への本発明の実施の例を示す。
【図１０】 図１０は、曲げ力および剪断力の測定への本発明の実施の例を示す。
【図１１】 図１１は、曲げ力および剪断力の測定への本発明の実施の例を示す。
【図１２】 図１２は、前磁化処置を行なうための装置の回路図を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月１１日（２００１．９．１１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】 長手方向磁化は、本出願と同時に提出されて、ＷＯ０１／１３０８１として公 開された、同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ００／０３１１９の主題である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】 また、基準成分Ｍｒのための複数の半径方向センサ２６、殊に直交配置された
２対における４個のセンサを使用することにより、いずれの外部磁界の打消しも
行えるように接続が可能となる。外部磁界を打消す一方で所望の磁界成分を加算
するセンサの配置は、公開番号ＷＯ０１／１３０８１で発行された、先に記載の 同時に出願されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＧＢ００／０３１１９ で更に検討されてい
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】 半径方向に離間した反対極性の追加区域をディスク上に設けてもよい。これら
の追加区域は、キーパーつまり保護区域(keeper and guide regions)を形成する
。キーパーつまり保護区域については、公開番号ＷＯ０１／１３０８１で発行さ れた、同時出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＧＢ００／０３１１９に 記載されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トルクまたは力変換器のための変換素子であって、軸の略半
    径方向に延び、構造体の半径方向内側区域と半径方向外側区域との間に応力を伝
    達する前記構造体を有する部材；および、 前記内側区域と外側区域間に配設され、前記伝達された応力に対する応答性が
    あり、応力依存磁界を発生する少なくとも一つの磁化区域； を備える変換素子。
  2. 【請求項２】 ２つの磁化された区域、すなわち半径方向内側区域と半径方
    向外側区域があり、前記両区域間に応力依存磁界が形成される、請求項１に記載
    の変換素子。
  3. 【請求項３】 前記または各磁化区域は前記軸に対してアーチ状である、請
    求項１または２に記載の変換素子。
  4. 【請求項４】 前記または各磁化区域は中断された環である、請求項１また
    は２に記載の変換素子。
  5. 【請求項５】 各磁化区域は環状である、請求項１または２に記載の変換素
    子。
  6. 【請求項６】 前記構造体は、前記または各磁化区域が出現する半径方向に
    延びる面を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の変換素子。
  7. 【請求項７】 前記部材は略ディスク状構造体を有する、請求項１〜６のい
    ずれかに記載の変換素子。
  8. 【請求項８】 ２つの磁化区域があり、その各々が軸方向に磁化され、そし
    て前記２つの区域の磁化の極性は反対である、請求項１〜７のいずれかに記載の
    変換素子。
  9. 【請求項９】 前記構造体は、前記または各磁化区域が出現する２つの半径
    方向に延びる表面を有し、そして前記２つの表面の一方に配置されて前記２つの
    区域間で磁束経路を閉じる手段を更に備える、請求項６〜８のいずれかに記載の
    変換素子。
  10. 【請求項１０】 前記部材の表面で、反対極性の半径方向に離間した磁極を
    提供する２つの磁化区域がある、請求項１〜７のいずれかに記載の変換素子。
  11. 【請求項１１】 前記区域を結ぶ磁束経路は、前記部材の材料内で閉じられ
    る、請求項９に記載の変換素子。
  12. 【請求項１２】 ２つの磁化区域があり、その各々が円周方向に磁化され、
    そして、前記２つの区域の円周方向磁化の極性は反対である、請求項１〜７のい
    ずれかに記載の変換素子。
  13. 【請求項１３】 前記軸に対して傾斜して延びる単一の磁化区域がある、 請求項１から７のいずれかに記載の変換素子。
  14. 【請求項１４】 前記構造体は略ディスク状であり、そして前記単一磁化区
    域が設けられる段差部を含む、請求項１３に記載の変換素子。
  15. 【請求項１５】 前記少なくとも一つの磁化区域を通って、前記構造体の前
    記半径方向の内側区域と外側区域の一方から他方へ延びるトルク伝達経路に編成
    されてトルク依存磁界を発生する変換素子；および、 前記トルク依存磁界に応答して前記トルク伝達経路を通って伝達される前記ト
    ルクを表す信号を提供する一つ以上の磁界センサを備えるセンサシステム；を備
    えるトルクセンサ構造。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１４のいずれかに記載の変換素子；および、 前記応力依存磁界に応答して前記半径方向の内側区域と外側区域の一方と他方
    との間に伝達される前記応力を表す信号を提供する一つ以上の磁界センサを備え
    るセンサシステム；を備えるトルクセンサ構造。
  17. 【請求項１７】 トルク変換器のための変換素子であって： 部材であり、前記部材の少なくとも一部が磁化可能であり、前記少なくとも一
    部には、第１磁化区域と、軸に対して前記第１区域の半径方向内方に配置される
    第２磁化区域とがあり、前記第１と第２の区域の両方は前記軸の方向に対して長
    手方向に磁化され、そして前記第１と第２の区域は反対極性のそのそれぞれの長
    手方向の磁化を有するように成した、前記部材； 前記軸を横断する面または界面であり、そこでまたはそれに隣接して前記第１
    と第２の区域が終端を成し、前記面または界面の外部に延びる半径方向に向けら
    れた磁界を前記変換素子に対して提供し、前記半径方向に向けられた磁界は前記
    第１と第２の区域を通って半径方向に伝達されるトルクに応答して偏向可能であ
    り、前記トルクの関数である円周方向に向けられた磁界成分を作り出すように成
    した、前記面または界面；を備える変換素子。
  18. 【請求項１８】 前記円周方向成分は、ゼロトルクにおいてゼロである、請
    求項１７に記載の変換素子。
  19. 【請求項１９】 前記部材は、前記環状区域内で半径方向に与えられる回転
    駆動を、前記第１と第２の区域を持たない半径方向に与えられる負荷へ、または
    その逆に伝達する能力のある負荷伝達部品として使用される、請求項１７または
    １８に記載の変換素子。
  20. 【請求項２０】 前記部材はディスク形状である、請求項１７、１８または
    １９に記載の変換素子。
  21. 【請求項２１】 前記第１と第２の区域が環状であるか、または前記環状区
    域の少なくとも一つが中断された環であるか、あるいは前記第１と第２の区域が
    アーチ状である、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の変換素子。
  22. 【請求項２２】 請求項１７〜２１のいずれかに記載の変換素子；および、
    前記円周方向磁界成分を検出し、それを表す信号を提供するよう配設されて配向
    される磁界センサ素子；を備える変換器システム。
  23. 【請求項２３】 前記半径方向磁界を検出し、それを表す信号を提供するよ
    う配設されて配向される磁界センサ素子を更に備える、請求項２２に記載の変換
    器システム。
  24. 【請求項２４】 前記円周方向磁界成分および前記半径方向磁界をそれぞれ
    表す前記信号に応答して、前記半径方向磁界を基準とする前記円周方向磁界成分
    を表す出力信号を導き出す信号処理回路を更に備える、請求項２３に記載の変換
    器システム。
  25. 【請求項２５】 トルクまたは力変換素子であって、 部材を通って延びる軸上またはその回りに沿い与えられるトルクまたは力を、
    前記軸から離間した前記部材の一部へ、またはその逆に伝達するように成された
    前記部材； 前記部材は前記軸を横断する面を有し； 前記軸と前記一部との間に配置されて前記面へ延びる第１外側区域； 前記軸と前記外側区域との間に配置されて前記面へ延びる第２内側区域；を備
    え、 前記第１と第２の環状区域は反対極性で磁化され、前記面で協働して前記トル
    クまたは力の関数である磁界成分を生成する；トルクまたは力変換素子。
  26. 【請求項２６】 前記第１と第２の区域は環状であって、前記軸を取囲むか
    、または前記環状区域の少なくとも一つが中断された環であるか、または前記第
    １と第２の区域は前記軸に対してアーチ状である、請求項２５に記載の変換素子
    。
  27. 【請求項２７】 前記第１と第２の区域は両方とも、長手方向に磁化されて
    前記面でその間に延びる半径方向磁界成分を、そして前記面でトルクの関数であ
    る円周方向磁界成分を発現する。請求項２５または２６に記載の変換素子。
  28. 【請求項２８】 前記第１と第２の区域は両方とも円周方向に磁化されて、
    前記面でトルクの関数としての半径方向磁界成分を発現する、請求項２５または
    ２６に記載の変換素子。
  29. 【請求項２９】 トルクまたは力変換器アセンブリであって、 同軸に配設される第１および第２の部材を備え； 前記第１部材の直径は、前記第２部材より大きく； 一方の部材から他方へ力を伝達するために、前記軸の略半径方向に延び、前記
    第１部材を前記第２部材へ接続するディスク状部材を備え； 前記ディスク状部材は、少なくともアーチ状、または環状、または一部環状で
    ある２つの磁化された環状区域を備え； 前記磁化区域は、前記区域が協働して、前記第１と第２の部材間で負荷を伝達
    することで確立される応力の関数である磁界成分を生成するよう磁化を有する； トルクまたは力変換器アセンブリ。
  30. 【請求項３０】 前記アセンブリは、前記部材の一方から他方へトルクを伝
    達するように成される、請求項２９に記載の変換器アセンブリ。
  31. 【請求項３１】 前記磁化区域は反対極性で長手方向に磁化される、または
    反対極性で円周方向に磁化される、請求項２９または３０に記載の変換器アセン
    ブリ。
  32. 【請求項３２】 前記第１と第２の部材は、前記第１と第２の部材の相対的
    軸方向変位に応答して前記ディスク状部材の屈曲を引起すよう装着される、請求
    項２９に記載の変換器アセンブリ。
  33. 【請求項３３】 前記第１と第２の部材は、軸方向整列から離れる前記第１
    と第２の部材の相対的変位に応答して前記ディスク状部材の屈曲を引起すよう配
    設される、請求項２９に記載の変換器アセンブリ。
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