JP2016176928A - 冗長トルクセンサ−多重バンドアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの磁気の影響を判定するための装置を提供する。【解決手段】本装置の構成部品１は、少なくとも一部が強磁性体の材料を含み、少なくとも三つの磁気トラック３，４，５を含む磁化可能な領域２を備えている。互いに隣接した磁気トラック３，４，５は周方向に交互に磁化される。磁気トラック３，４は第１のグループ６に、磁気トラック４，５は第２のグループ７に割り当てられる。第１のグループ６の領域では冗長センサを含む第１の磁界センサ１１，１２，１３，１４が、第２のグループ７の領域では冗長センサを含む第２の磁界センサ１６，１７，１８，１９が、構成部品１に関し半径方向に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は装置に関し、その装置は、製品に係る、誤作動、干渉効果又はそのほかの影響による、磁気の影響を判定するためのものであり、少なくとも一部が強磁性体を含む構成部品を含んでいるが、特に外部からの磁気による影響を判定するための二つのセンサを含んでいる。

力やトルクを計測するための装置が、ＤＥ ２７７ ５２１ Ａ１に、既に開示されている。そこに記載されている計測装置は、固定型又は回転型の変形素子に加わる力又はトルクを、磁気弾性的な効果に基づいて、非接触的な計測をするものである。装置の変形素子は、変形素子自体と、変形素子の表面に使用される薄いアモルファス金属層を含んだ、少なくとも二つの区域と、これらの区域に割り当てられたセンサコイルとを含んでいる。計測装置は、ベンディングビーム、荷重計測ピン、ねじれ波などにかけられる、力やトルクによる表面張力を計測する。

センサコイルが、変形素子のそれぞれの表面区域に割り当てられ、それぞれのセンサコイルは、コーティングされた表面区域の領域において変形素子を囲んでいるか、空芯コイルの形態において配置されているか、又は表面区域からの距離ができる限り近付けられている。

また、ＤＥ １０ ２００５ ００２ ９６６ Ａ１が開示している装置は、機器の性能を判定するためのものであり、シャフト部品に現に作用しているトルクを計測するための追加の冗長センサを使用している。

さらに、ＥＰ ２ ７９３ ００９ Ａ１に記載されている細長いシャフトは、磁気的に作用するフィールドを有しており、半径方向に対向して磁化されている。磁気弾性センサが、これらの磁気的なフィールドに割り当てられている。それらの磁気弾性的なフィールドを含むシャフトには、張力及び／又は圧縮応力が加わる。

ＵＳ ８，５７８，７９４ Ａ１が開示しているトルクセンサは、細長い本体と磁気弾性的に作用するフィールドを有しており、磁気弾性的に作用するフィールドは、本体に直接若しくは間接に接続されているか、又は本体の一部を形成している。本体にかけられるトルクの伝達は、比例的に、作用するフィールドになされ、作用するフィールドは少なくとも一つの磁気的に分極化されたフィールドを含んでいる。磁気的なフィールドのセンサの信号は処理されて、磁気的な隣接するフィールドの影響が補われる。

また、ＥＰ ２ ７９９ ８２７ Ａ１が開示している磁気弾性トルクセンサは、少なくとも断面が中空の細長い本体と、本体の内面に作用する磁気弾性的に作用するフィールドとを備えている。このトルクセンサは、複数の磁界センサを含んでおり、それらの磁界センサは、断面が中空の本体の内部に配置されている。

ＵＳ ６，５５３，８４７ Ｂ２が開示している磁気弾性トルクセンサは、特に非接触式の磁気弾性トルクセンサであり、シャフトにかけられたトルクを計測するためのものである。

トルクセンサは、トルクが加えられるシャフトに磁気弾性的に作用する領域と、磁界センサとを有する。

磁界センサは、磁気弾性的な領域と近接して取り付けられ、磁気弾性的な領域との関係において配向され、これにより、センサ装置に作用する磁界の値を感知し、これに応じて出力信号を提供する。

ＵＳ ２０１２／００７４９３３ Ａ１が開示する方法及び装置は、トルクセンサのフィールドのノイズをキャンセルするためのものである。この目的のために、三つのセットの磁界センサ及び付随するコイルが、シャフトに配置されている。第１のセットは、シャフトの中央の領域に配置されている。第２及び第３のセットの磁界センサは、それぞれ、中央の領域の磁界センサの右側及び左側に配置されている。全てのコイルは互いに接続されており、センサ信号を共同して出力する。しかしながら、この従来技術においては、最終的な結果しか確認することができない。トルクや電圧等の基礎にあるパラメータに関する区別された調査結果を得ることができない。実際に何が起こっているのかを判定することができない。

製品に係る誤作動、干渉的な作用又はそのほかの影響により、グループにまとめられた磁化された領域の磁気トラックに与えられる磁気の影響を、グループにまとめられた前述の磁気トラックの信号の算術的な評価により、判定することができる装置は、これまで、従来技術において知られていない。

ＤＥ ２７７ ５２１ Ａ１

ＤＥ １０ ２００５ ００２ ９６６ Ａ１

ＥＰ ２ ７９３ ００９ Ａ１

ＵＳ ８，５７８，７９４ Ａ１

ＥＰ ２ ７９９ ８２７ Ａ１

ＵＳ ６，５５３，８４７ Ｂ２

ＵＳ ２０１２／００７４９３３ Ａ１

この従来技術と、その欠点及び欠陥を前提として、かつ、例えば、自動車及び／又は航空宇宙技術の産業上の目標とされる要請を満たすことを求めながら、本発明の目的は、特に、例えば、試験がされるべき製品への外部の磁界を検出することができるセンサを提供することである。

特に好ましくは、製品と関連する磁界とは別に、製品と関連していない、例えば、周辺的な影響により発生した磁界、例えば、電力線や電力レールによって発生した磁界を、そのまま検出することができることである。このような追加的な影響を生じる変数が重要になるのは、特に、製造許容差により、センサが、それ自体、検出を行う上で好ましくない、このような追加の影響を検出する場合である。したがって、本発明の目的は、特に磁界を発生する源を区別することができることにある。

また、本発明の目的は、装置に及ぼされる外部からの磁気の影響、及びその結果として生じる異常な信号の挙動を検出することができ、並びに磁化についての外部からの磁気の影響を判定することができる装置を提供することにある。

したがって、本発明の更なる目的は、外部からの磁気の影響を装置により検出することにより、装置と関連する製品が、更に、例えば、機能異常による影響を受けているかどうかを検出することである。

このような信号の異常を判定することにより、自動車及び／又は航空宇宙技術の分野の安全基準を満たすことが可能になる。

本装置は、磁気の影響、例えば、点状の外部の磁界を計測することを可能にするものでなければならない。「点状」とは、地磁気と異なる何らかの磁界を意味するものと理解される。点状の外部の磁界は、特にセンサに近接して置かれるものである。

更に好ましくは、こうした装置が、精密であり、かつ、補修を必要とすることなく、作動することである。装置は、容易に利用し得るようにされるべきである。その製造は、安価かつ容易であるべきである。

課題の解決は、磁気の影響を判定するための請求項１に記載の装置を提供することによりなされる。有利な実施態様は、従属項に記載されている。

装置は、磁気弾性トルクセンサの部品であり、磁気弾性トルクセンサは、特に、磁界センサと、それに伴うコイル、コイルホルダ及び評価用の電子機器を含んでいる。

すなわち、本発明による装置は、構成部品を含んでいる。

典型的には、構成部品は、少なくとも一部が強磁性体、すなわち、磁気弾性的に適した物質から成る。

本発明によれば、構成部品とは、好ましくは細長い本体であり、例えば、円筒形の本体、円錐形状に先が細くされた本体又は波形の形状の本体である。構成部品は、段差のある形状の形態を有していてもよい。

いずれにせよ、本体は、少なくとも一部が強磁性の材料を備えるか、そのような材料から形成されてもよい。ニッケル（Ｎｉ）又はクロム（Ｃｒ）を含んだ焼入鋼が、特にそのような強磁性体として適している。しかしながら、理解されるべきことは、ほかの強磁性体も同様に使用してもよいということである。

構成部品は、好ましくは、シャフトの形態により、特に駆動シャフトにより形成されていてもよい。

好ましくは、構成部品は、航空機、車両又は舟艇に設置される。しかしながら、構成部品は、例えば、産業設備や家庭用機器で使用することもできる。

構成部品は、磁化可能な領域を有する。

本発明によれば、磁化がされるとき、構成部品は、互いに対向する少なくとも三つの磁気トラックを含む領域を有しており、これらの略称として、以下「トリ・バンド磁化」と呼ぶ。互いに対向する二つの磁気トラックをそれぞれ含んでいる二つのグループは、前述の領域内で適用される。

互いに対向する三つの磁気トラックの配置により、二つのデュアル・バンド磁気トラックの有利な組合せが提供される。二つのデュアル・バンド磁気トラックの組合せは、デュアル・バンドの配列を鏡像対称に置き、中央のトラックを共同して使用することにより得られる。これによる効果として、それぞれの内側のトラックが、正又は負の同じ極性を有する。

この利点は、一つの磁気トラックを省略することができること、すなわち、磁気トラックの空間的な組合せを得ることができ、その結果、このようにして計測結果のより統一的なマッピングを得ることができ、軸線方向の設置のための空間がより少なくて済むようにすることができることにある。

構成部品は、互いに対向する少なくとも三つの周回する磁化された磁気トラック（トリ・バンド）を有する。

トリ・バンド磁化の場合、例えば、空間的に左方に配置された磁気トラックが正に磁化され、中央の磁気トラックが負に磁化され、右方の磁気トラックが再び正に磁化されているか、又はそれぞれその反対に磁化されている。

しかしながら、隣接した磁気トラックと対向して磁化された磁気トラックの数を増やしてもよい。

個々の磁気トラックの磁化は、同時に行われてもよいし、順次、行われてもよい。

磁気トラックが対向して磁化されることによる差分は、構成部品の応力により生じる磁気弾性的な効果に基づいており、これは、磁界の変化により示され、磁界の変化の軸方向の比率は、磁界センサにより計測される。これに関し、応力の発生は、従来技術において、よく知られているので、以下、説明は省略する。

好ましくは、第１の磁界センサの少なくとも一つのコイルは、信号を発するためのものであり、構成部品との関係において、半径方向に配置されており、第１の外側の磁気トラック及び中央の磁気トラックのそれぞれに割り当てられる。略称として、以下、第１の外側の磁気トラックを「第１の磁気トラック」とも呼ぶ。好ましくは、第２の磁界センサの少なくとも一つのコイルは、信号を発するためのものであり、構成部品との関係において、半径方向に配置されており、中央の磁気トラック及び第３の磁気トラックのそれぞれに割り当てられる。前述したトリ・バンド磁化の場合には、前述の第３の磁気トラックは、「第２の外側の磁気トラック」とも呼ぶ。

第１の外側及び中央の磁気トラックの評価により得られた情報は、トラックに関する部分的な信号でもよく、互いの関係において、設定することができる。同様に、中央及び第３の磁気トラックの評価により得られた情報は、トラックに関する部分的な信号でもよく、やはり互いの関係において、設定することができる。

これらの二つのトラックに関する情報に基づいて、第１のセンサが信号を評価する。同様に、第２のセンサは、二つのトラックに関する情報に基づいて、このような信号を評価する。

第１のセンサの信号を、第２のセンサの信号との関係において、設定することができる。

少なくとも二つの磁気トラックを含む二つのグループの配置を以下に論じるように配置することは、例えば、干渉や誤作動により生じ得る、試験がされるべき製品における実際の状態や、生じ得る異常な状態を、より良好かつより区別された方法で評価するという目的に適うものであり、それは、この方法により、少なくとも二つの比較値が得られるからであり、これらの比較値は、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループの電圧及び少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループのそれぞれの電圧から得ることができる。

また、磁気トラックが空間的に密に配置されていることは、以下、説明するとおりであるが、これにより、磁気トラックのチャンネルの位置の間における、外部の磁界の差分を、できる限り、小さくすることができる。

以下、第１の外側及び中央の磁気トラックを「第１のグループ」と呼び、中央及び第３、すなわち、第２の外側の磁気トラックを「第２のグループ」と呼ぶ。

本発明によれば、互いに対向する少なくとも三つの磁気トラックが組み合わされ、構成部品との関係において、軸線方向にある、少なくとも二つの磁気トラックを含む、少なくとも二つのグループとされる。このようにして、二つのグループは少なくとも一つの磁気トラックを共有し、共有される磁気トラックは、通常は、互いに対向する三つの磁気トラックにおいては、中央の磁気トラックであり、この磁気トラックと隣接する磁気トラックは、それぞれ、対抗する方向に磁化されている。

好ましくは、少なくとも一つのコイルが、磁気弾性的な効果により発生した磁界の軸比を計測しており、第１のグループの少なくとも二つの磁気トラックにそれぞれ割り当てられる。

好ましくは、磁界センサの少なくとも一つのコイルは、構成部品との関係において、半径方向に配置されており、第２のグループの少なくとも二つの磁界のそれぞれに割り当てられ、磁界センサは、構成部品のケーシングを周回する方向において、第１のグループのセンサから間隔を隔てている。

「コイル」という用語は、本発明の範囲内で使用されている限り、好ましくは、アモルファスコアを備えた巻線に関するものであり、計測コイルとして使用される。好ましくは、コイルは、構成部品との関係において、軸線方向（平行）に配置されており、これにより、他の種類の応力、特に引張応力及び圧縮応力の影響をほとんど受けない計測値を得ることができる

トリ・バンド磁化において、好ましくは、センサは、少なくとも二つのコイルを有する。

それぞれのセンサのコイルは、評価用の電子装置に接続されており、別の構成部品に収容されていてもよい。

磁界センサは、高感度の計測装置であり、極めて小さな磁界を検出するためのものである。

それぞれのセンサの第１のコイルの配置は、磁気トラックの磁界の変化の検出を、第１の方向において、構成部品の表面上においてするようにされる。

それぞれのセンサの第２のコイルの配置は、磁気トラックの磁界の変化の検出を、第２の対向する方向において、構成部品の表面上においてするようにされる。センサの評価用の電子機器が信号を発する。

三つの磁気トラックの配置においては、第１のセンサの第２のコイル及び第２のセンサの第１のコイルが、このようにして、中央の磁気トラックを検出する。

少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループのセンサの信号を評価し、第１のグループの信号として伝達する。第１のグループの信号は、対向する二つの磁気トラックから得られた情報の第１の差分の評価の結果である。例えば、グループの信号は、ボルト又はミリボルト単位の計測可能な変数でもよいが、任意の他の計測可能な変数でもよい。

少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループのセンサの信号を、同様に評価し、第２のグループの信号として伝達する。第２のグループの信号もまた、対向する二つの磁気トラックから得られた情報の第１の差分の評価の結果である。例えば、第２のグループの信号は、ボルト又はミリボルト単位の計測可能な変数でもよいが、任意の他の計測可能な変数でもよい。

それぞれのセンサの出力信号は、互いに対向しており、それは、一方のグループが負の分極を計測し、他方のグループが正の分極を計測することによる。

二つのセンサ及び二つのグループの信号が前述したものであるものとして、本発明の機能的な原理を最初に説明し、第１のセンサのプロセスについての説明に基づいて、基礎となる物理的な条件を解明する。

物理的な意味において、センサは、一つの磁気トラックだけ位置が変更されており、対向する信号の値の形式が反転した反応を計測する。最後にしかし重要なことは、本発明によれば、このような「位置の変更」は、とりわけ、外部からの磁気の影響、すなわち、磁気弾性的な磁界以外のものがあることを判定するために役立つ。

前述の逆方向の反応は、一つの磁気トラックだけ前述の「位置の変更」がされていることにより、センサは、磁気トラックの磁化の反転を検出するが、それは、磁気トラックの磁化の配置による、正から負へ、又は負から正へという、前述した磁化の連続に従う。

物理的な意味で、一つの磁気トラックだけ、センサがこのように「位置の変更」がされているとき、このセンサは、冗長センサの機能を有しており、異なる態様において計測をする。

この観点において冗長性は、二重検出−評価システムを提供するものであり、そのシステムは、センサの情報が失われた場合に補う機能を有する。

冗長性は、従来の意義において意味するところは、二つのセンサによる計測が同じ方向でされるということであり、それは、磁気トラックの配置が同じであることによるが、冗長性が、ここで意味するところは、二つのセンサによる計測が、対向する方向においてもされるということであり、それは、初めに前述したような、二つのデュアル・バンドのシステムの機能的な組合せの結果による。この場合、情報は、例えば、第１の外側及び中央の磁気トラック、並びに中央及び第３、すなわち、第２の外側の磁気トラックからの情報が提供され、又はその逆の態様のことが行われる。この情報から、更に第２の差分を計算することができる。トリ・バンドの形態により、更なる磁気トラックを省略することができる。

構造的な観点から見ると、一つの磁気トラックだけセンサの前述の「位置の変更」をすることは、付随するコイルを備えた第２のセンサによりなされ、その第２のセンサは、軸線方向に、一つの磁気トラックだけ、第１のセンサとの関係において、位置の変更がされている。

このような形態のトリ・バンドの磁化において、両方のセンサが検出するものは、重複した態様において、トリ・バンドが磁化されたもののうちの中央の磁気トラックである。

重複する磁気トラックに関する第２のセンサのコイルを、第１のセンサの対応するコイルと同じ位置に配置することは構造的に不可能であることから、回転する態様において、構成部品のケーシングの周回する面との関係において、ずらして配置されている。

構成部品のこの領域の磁化に影響が生ずるのは、例えば、トルクが構成部品にかけられるときである。

この例示において、第１のセンサによる計測は、（それぞれとの関係において第１のグループの）磁気トラックの磁化に従い、一つの方向でなされる。このような場合、正（時計回り）のトルクがかけられたとき、放出される信号の値が増大する。

計測が第２のセンサにより行われるとき、磁化の値も、ここでの例示において正（時計回り）のトルクが加えられるとき、増大する。しかしながら、磁気トラックの分極が逆向きであることから、信号の値は減少する。

トリ・バンド磁化の第１のグループの磁気トラックの方向が正又は負であるかにより、例えば、第１の磁気トラックが正、中央の磁気トラックが負であるとき、かつ、かけられたトルクにより、数学的な座標系において、すなわち、トルクをｘ軸においてＮｍ単位で示し、電圧をｙ軸においてＶ単位で示すとき、直線的なグラフにおいて、トルクが正に増大するに従い、電圧の値が増大するが、第２のグループの磁気トラックの磁化が逆方向であるとき、すなわち、中央の磁気トラックが負、第３の磁気トラックが正であるときは、トルクが正に増大するに従い、電圧の値が減少する。

既述のとおり、第１のセンサの信号を、第２のセンサの信号との関係において、設定することができる。このとき、これにより、第２の差分が生じる。

本発明によれば、前述の設定が、互いの関係において、なされるかどうかは、重要ではない。用途に応じて、設定は、特に、装置の使用者及び／又はプロセスにより、事後的にされてもよい。

この差分は、特に、各グループの二つの磁気トラックが対向する磁化を有していることにより生じる。

磁気トラックを個別に読み取ることにより、更に可能とされることは、これらの前述した外部の磁界を、例えば、周囲の影響に基づくものを、検出し、これらの外部の磁界を、製品と関連する磁界から区別することである。

差分の判定が可能になるのは、少なくとも二つの隣接するグループの第１及び／又は第２のセンサのグループの信号による。好ましくは、目的は、両信号の値から差分の値を判定することである。

前述したとおり、差分は、電圧の差の量を示すものであり、それは、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループと、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループとの間のものである。

二つの第１のセンサの差分は、このような方法により判定され、互いとの関係において、設定される。このようにして、第１のセンサの間の第２の差分が表示される。

干渉、外部若しくはそのほかの影響又は誤動作が、試験されるべき製品に影響したときは、二つの第１のセンサの間に差分が生じ得る。

前述した差分の存在は、すなわち、構成部品における外部からの磁気の影響を判定するための第１の基礎である。

本発明により可能となることは、構成部品における少なくとも三つの状態を検出し、その結果として、試験されるべき製品の少なくとも三つの状態を検出することである。

まず、本発明により可能となることは、試験されるべき対象の判定である。本発明の通常の状態は、ある初期状態を意味するものと理解されるが、これは、あらかじめ決定され、又は／及びあらかじめ定義された状態であり、特に、それぞれの第三者の製品と関連して生じる、干渉的な作用又はそのほかの影響により生じた状態ではない状態である。

本発明によれば、通常の状態は、例えば、次のようにして、判定されてもよい。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから生ずる信号の値、例えば、電圧の値Ｘと、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた信号の値、例えば、電圧値Ｙとを加えた後、グループの数、例えば、因数２により除する。

前述した通常の状態のほか、本発明による装置は、構成部品の異常な状態を検出することでき、このようにして、試験されるべき製品の状態を間接的に検出することができる。これらの異常な状態は、更に細分化され、あらかじめ定義された、又はあらかじめ特定された許容限度内になおもある状態と、このような許容限度外にある状態とがある。

特に、許容限度は、装置の使用者により、事後的に特定することもできる。

この状態が生ずるのは、特に、外部からの磁気が影響するときである。以下、例示して説明するように、外部からの磁気の影響が生じたとき、前述したような、装置の挙動全体が変化する。

外部からの磁気の影響は、例えば、試験されるべき製品に係る干渉的な作用又はそのほかの影響により生じることもある。典型的には、このような外部からの磁気の影響が、構成部品の磁気センサに何らかの影響を及ぼし、計測の結果をゆがめてしまう。

前述した通常の状態において、センサによる計測は、磁気トラックに関し、正又は負となるが、外部からの磁気が影響しているときは差異が生ずる。

外部からの磁気が影響しているときは、実質的に同じ反応が両方のセンサにおいて生じる。信号から得られた値は、磁気の影響に従い、平行的に変化する。基本的には、直線的なグラフの平行移動が、数学的な座標系において、生じる。

外部からの磁気の影響が、干渉的な効果又は試験されるべき製品の損傷によるものであるときは、この信号から得られた値は、ほぼ平行的に変化し続けるが、通常の状態の信号値からの距離は、互いに異なる。

しかしながら、トルクは、その信号とともに、区別された態様で変化する。

まず、本発明は、許容限度内における、通常の状態とは異なる状態を判定することができる。

最後に、あらかじめ定義された許容限度外の製品に関する誤作動、干渉的な作用又はそのほかの影響を判定することができる。

本発明によれば、通常の状態とは異なるが、なお、あらかじめ特定された許容限度内にある状態は、例えば、次のようにして、判定することができる。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから得られた信号値、例えば、電圧値Ｘと、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた信号値、例えば、電圧値Ｙとの両方が、一致する外部の磁界の影響Ｚに従い変化する。それぞれＺの値だけ増加した、電圧値Ｘと電圧値Ｙとを加算し、グループの数、例えば、因数２により除する。

このようにして得られた値は、Ｚの値だけ増大するが、それは構成部品への外部からの影響を表している。

本発明によれば、あらかじめ特定された許容限度外の状態、例えば、干渉を受けた状態は、例えば、次のようにして、判定することができる。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから得られた信号値、例えば、電圧値Ｘと、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた信号値、例えば、電圧値Ｙとの両方が、一致しない干渉的な値Ｓによる変化を受け、又は一方のグループのみに干渉的な値Ｓが加わる。それぞれＳ値だけ増加した、電圧値Ｘと電圧値Ｙとを加算し、グループの数、例えば、因数２により除する。このようにして得られた結果は、干渉的な値Ｓとは異なる値だけ増加している。

この結果により示されることは、不均一な外部からの影響が、試験されるべき製品に対し発生し、その結果、トルクについて信頼し得る判定をすることができないということである。

したがって、システムを安全なモードに移行する必要がある。

例： 前述した、通常の状態、許容範囲内の状態及び許容範囲外の状態を、以下、数値例を挙げて説明する。

本発明によれば、通常の状態は、例えば、次のようにして、判定することができる。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから得られた３．０Ｖの信号値と、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた２．０Ｖの信号値とを加算し、グループの数である因数２により除し、これにより、通常の状態においては、２．５Ｖの結果が得られるが、これは、０Ｎｍにおける二つのグループのずれに対応している。

本発明によれば、あらかじめ特定された許容限度内にある状態は、例えば、次のようにして、判定することができる。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから得られた３．０Ｖの信号値と、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた２．０Ｖの信号値との両方が、一致する外部からの影響である０．２Ｖだけ変化し、このようにして得られた３．２Ｖの信号値と、２．２Ｖの信号値とを加算し、それから、グループの数である因数２により除する。このようにして得られた値は、２．７Ｖであり、このようにして、０．２Ｖの一致する外部からの影響による増加を、０Ｎｍにおける２．５Ｖからのずれとして反映させる。

本発明によれば、あらかじめ特定された許容限度外にある干渉的な状態は、例えば、次のように判定することができる。すなわち、少なくとも二つの磁気トラックを含む第１のグループから得られた３．０Ｖの信号値と、少なくとも二つの磁気トラックを含む第２のグループから得られた２．０Ｖの信号値とを、互いに比較する。第１のグループだけが、干渉による値０．２Ｖに従い、変化しており、このようにして得られた３．２Ｖの信号値と、変化していない２．０Ｖの信号値とを加算し、それから、グループの数である因数２により除する。このようにして得られた２．６Ｖの値が示すことは、通常の状態と比較して、不均一な外部からの影響が試験されるべき製品に生じ、その結果、信頼性のあるトルクの判定が、もはや不可能であるということである。

なお、課題は、同様の方法及び装置の使用により解決される。

装置の更なる実施態様によれば、少なくとも二つの磁界センサが、構成部品との関係において、非接触の態様において配置され、これにより、構成部品への機械的な影響を計測することが可能となり、構成部品自体が磁界センサによる機械的な影響を受けることがない。このようにして、センサは、構成部品と接触しない。その結果として、計測の精度が向上する。このようにして、磨耗及び摩擦からの自由も確保される。

本発明の更なる実施例においては、少なくとも二つのセンサが、フラックスゲートに基づく磁界センサである。フラックスゲートセンサは、高感度の計測装置であり、極めて小さな磁界を検出する。

例えば、ホールセンサを磁界センサとして用いることもできる。

しかしながら、指摘すべきことは、任意の適した種類の磁界センサを本発明について使用してもよいということである。

本発明の好ましい実施態様によれば、二つの前述のセンサに加えて、同じセンサのためのコイルを更に構成部品のケーシングの周回する面の別の位置に配置することもできる。好ましくは、これらのセンサは、１８０度、位置を変えて置かれる。このようにして、センサによる計測を、一つのトラックを含む構成部品のケーシングの周回する面の異なる位置においてすることができるようになり、このようにして、平均値の決定を高い精度ですることができる。

その結果として、追加的な計測値が得られ、その計測値は、センサに作用する磁気的な強度の影響の減少を補うことができるものであり、その影響の減少は、特に前述した磁界センサのコイルからの構成部品の半径方向の距離によるものであるが、それは、例えば、構成部品の回転移動又は製造許容差により生ずるものである。

それぞれのセンサの追加のコイルの配置が、構成部品のケーシングの周回する面の領域にされるが、それは、構成部品がその半径方向の平面内を横切るように移動し、それに付随する磁気的な強度による影響がある場合においても、信頼性のある計測が可能であるようにされる。したがって、これらのコイルの配置は、任意の位置において、構成部品のケーシングの周回する面の領域の３６０度にわたりすることができる。

この関係において留意されることは、特に有利なものとなるのは、好ましくは異なるセンサの二つのコイルが、隣接する好ましくは二つの異なるセンサのコイルから、いずれの場合においても、９０度の間隔が空けられているときである。これにより、四対のコイルの配置が、９０度の間隔において、３６０°の周回する面になされ、それぞれ異なるセンサに割り当てられる。

これに関連して、コイルは、同じセンサばかりでなく、更なるセンサにも使用することができるが、それは、特に使用される電子機器に関する技術分野の技術者の裁量の範囲内にある。

本発明の前述の実施態様は、三つの磁気トラックに関する二つのデュアル・バンドセンサを含んでいるが、本発明の更なる実施態様は、少なくとも一つの更なるトラック、すなわち、第４のトラックによる、三つのトラックの磁界の拡張に関する。この更なる実施態様においては、二つのセンサを、トリ・バンド磁化に関して、使用し、これらは、全部で四つの磁気トラックに関する。この場合において、クワッド・バンド磁化の第１の三つのトラックは、第１のセンサが関連する第１のグループと考えられる。第２のセンサは、クワッド・バンド磁化のそれ以外の三つのトラックに割り当てられ、１つの磁気トラックだけ位置の変更がされている。

このいわゆるクワッド・バンド磁化は、すなわち、第１の外側の磁気トラックと、二つの中央の磁気トラックと、第２の外側の磁気トラックとを有する。その結果、二つの中央の磁気トラックが、両センサにより、重複して検出される。

この特別な特徴とは関係なく、全ての前述の説明を参照することが、前述のクワッド・バンド磁化に関しても可能であり、これらの説明は、この配置にも適用される。特に、これらの磁気トラックは、同様に、交互に対向する方向に磁化されている。

本発明のもう一つの実施態様の特徴は、磁気トラックの配置が、直径が変化する構成部品にされることにある。この配置との関連において示されたことは、評価の結果がより明らかであるということである。

一方、この実施態様の構成において、トリ・バンド磁化の位置が、例えば、より小さな直径を備えた構成部品にされ、他方、追加のデュアル・バンド磁化の配置は、より大きな直径を備えた構成部品にされている。これとは逆の構成も、もちろん可能である。好ましくは、トリ・バンド磁化は、二つのデュアル・バンドのセンサによって計測されるが、それは、第１の実施態様に関して説明したものと同様の方法である。より大きな直径を備えた構成部品において、通常のデュアル・バンド磁化、トリ・バンド磁化又はクワッド・バンド磁化を配置することができるが、より小さな直径を備えた構成部品について、逆の態様により、適用してもよい。

二つの異なる直径を使用することにより、出力信号を比較することができ、外部からの影響が、均一な直径を有する構成部品における実施態様よりも、明らかである。信号を比較することにより、外部からの影響が更に強調される。

また、このような組み付けにより、ヒステリシスの比較ができるようになるが、それは、ヒステリシスにより、一つのセンサが示す挙動が、もう一つのセンサと比較して、大きく異なるためである。

より小さな直径の出力信号は、ヒステリシスによる、より大きな信号のずれを示すが、回転による変形が小さい。シャフトの周囲の磁界は、完全な円ではない。半径方向の動きを補うことのほか、それぞれのトラックについて複数のコイルを使用することも、この観点において、有利である。

本発明の更なる視点及び特徴が、図１から３までの本発明の好ましい実施態様の説明から分かる。

図１は、構成部品、特にシャフトの概略図であり、三つの磁気トラックがシャフトを取り囲んでいる。 図２は、構成部品、特にシャフトの断面図であり、磁界センサがシャフトの上方及び下方のそれぞれに配置されている。 図３は、図１との比較であり、四つの磁気トラックが設けられている点が異なる。 図４は、座標であり、第１曲線が第１のセンサに割り当てられており、第２の曲線が第２のセンサに割り当てられている。 図５は、座標であり、曲線が第１のセンサに割り当てられ、第２の曲線が第２のセンサに割り当てられ、外部の磁界が作用している曲線が示されている。 図６は、構成部品を示す図であり、異なる直径の領域に磁界が配置されている。

図１は、磁化された領域２を備えた構成部品１を示している。磁化された領域２は、三つの磁気トラック３、４、５を含んでいる。互いに隣接した磁気トラック３、４、５は、対向する周回方向の磁化８、９を有する。磁気トラック３及び磁気トラック５は、周回方向の磁化９を有する。共通の磁気トラック４は、磁化９に対向する磁化８を有する。

磁化された領域２は、二つのグループ６、７に細分化される。

磁気トラック３及び４は、磁化された領域２の第１のグループ６に割り当てられている。

磁気トラック４及び５は、磁化された領域２の第２のグループ７に割り当てられている。磁気トラック３、４、５の両グループ６、７は、磁気トラック４を共有している。

第１のセンサ１０が、磁気トラック３及び４に割り当てられている。第１のセンサ１０が、コイル１１、１２並びにコイル１３、１４を含んでいるのは、構成部品１の半径方向における動きを検出すべきときである。このようにして、距離による変化が補われる。言い換えれば、構成部品の表面、特にシャフトの表面からのコイルの距離の積分値が、一定に保持される。

第２のグループ７の第２のセンサ１５は、少なくとも、コイル１６、１７を含んでいるが、コイル１８、１９は、半径方向の動きを補うために、必要とされ、回転により生じる誤作動を補正する目的に資する。

センサ１０及び１５は、構成部品１が、好ましくはシャフトが、コイル１１と１３との間、１２と１４との間、１６と１８との間、１７と１９との間を延びるように、それぞれ配置されている。

構成部品１は、コイル１１、１２、１６、１７と、コイル１３、１４、１８、１９との間に配置され、これにより、構成部品１は、コイル１１、１２、１６、１７から遠ざかると同時に、コイル１３、１４、１８、１９に近付くこと、又はその逆の動作をすることができるが、それは、半径方向の動き２０をコイル１１、１２、１６、１７と、コイル１３、１４、１８、１９との間において行うときである。

構成部品１の半径方向の動き２０とは別個に、磁気トラック３、４、５は、すなわち、それぞれ付随したセンサ１０及び１５に係る、コイル１１、１２、１６、１７又はコイル１３、１４、１８、１９のいずれかの有効範囲内に常にとどまる。したがって、センサ１０及び１５の機能的な能力が、構成部品１の半径方向の動き２０とは別個に、コイル１１、１２、１６、１７及びコイル１３、１４、１８、１９内において、維持される。

磁気トラック４が、磁気トラック６の第一のグループ及び磁気トラック７の第２のグループ７の両方に割り当てられるため、第１のセンサ１０の二つのコイル１２及び１４並びにセンサ１５の二つのコイル１６及び１８が、磁気トラック４に割り当てられる。

図１により示されるものは、コイル１２、１６が一方において、コイル１４、１８が他方において、垂直方向、すなわち、互いに上方及び下方に配置されたものである。軸線の方向では、これらの中央のコイルは正確に同じ平面内に配置されているが、これらの中央のコイルは、回転する態様で、必要とされる設置のための空間に応じて、配置されている。構成部品から、特にシャフトの表面からの距離は、一致している。

図１において、センサ１５は、冗長センサの機能を有する。

図２は、構成部品１の断面を示しており、コイル１１及び１２を含む第１のセンサ１０が上方に配置され、コイル１６、１７を含む第２のセンサ１５が、同様に上方に配置されている。

別々のコイル１８及び１９を含む第２のセンサ１５は、構成部品１との関係において、ずらして、構成部品１の下方に配置することができる。第２のセンサ１５に対向して、コイル１３及び１４を含む第１のセンサ１０が示されており、このセンサは、同様に、構成部品１の下方に配置されている。

図２において、センサが構造的に位置の変更がされているものが示されており、第１のセンサ１０のコイル１１、１２は構成部品１の上方に配置され、構成部品１の下方の第１のセンサ１０のコイル１３及び１４とは斜めに対向している。

構成部品１の上方には、第２のセンサ１５のコイル１６、１７が配置され、同様の態様で、構成部品１の下方の第２のセンサ１５のコイル１８、１９に対向して、１８０°の角度をなしている。

図３は、構成部品１、特にシャフトを示しており、磁気トラック２１、２２、２３、２４を含む磁化された領域２を備えている。このようにして、図３に示される、いわゆるクワッド・バンド磁化５９は、第１の外側の磁気トラック２１、二つの中央の磁気トラック２２、２３及び第２の外側の磁気トラック２４を有している。

互いに隣接して配置された磁気トラック２１、２２、２３、２４は、対向する周回する磁化８、９を有している。

構成部品１の磁化された領域２は、磁気トラック２１、２２、２３を含むグループ２５及び磁気トラック２２、２３、２４を含むグループ２６に分けられる。

磁気トラック２２及び２３は、グループ２５及びグループ２６の共通の磁気トラックである。構成部品１に二つのグループ２５及び２６が配置され、グループ２５の共通の磁気トラック２２及び２３がグループ２６と、又はその逆の態様において重ねられている。

図３において、センサ２７が、磁気トラック２１、２２、２３を含む第１のグループ２５に割り当てられている。

センサ２９が、磁気トラック２２、２３、２４を含む第２のグループ２６に、図３において、割り当てられている。

第１のグループ２５のセンサ２７は、コイル３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８を含んでいる。コイル３３、３４、３７、３８は、半径方向の動きと、いわゆる回転信号の均一性を検出するためのものである。

磁気トラック２２、２３、２４を含む第２のグループ２６のセンサ２９は、コイル３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６を含んでいる。コイル４１、４２、４５、４６は、半径方向の動きと、いわゆる回転信号の均一性を検出するためのものである。

ここでは、コイル３９、４０、４３及び４４は、構成部品１との関係において、その上方に配置されており、コイル４１、４２、４５及び４６は、下方に対向している。

構成部品１、好ましくはシャフトの半径方向の動きが、コイル３１、３２、３５、３９、３６、４０、４３、４４を一方とし、コイル３３、３４、３７、４１、３８、４２、４５、４６を他方として、その間においてなされるとき、コイル３１、３２、３５、３６、３９、４０、４３、４４からの距離の増大に従い、磁気トラック２１、２２、２３、２４は、コイル３３、３４、３７、３８、４１、４２、４５、４６の有効範囲に、又はその逆の態様で到達する。

図４は、デカルト座標系の一象限を示しており、そのｘ軸上に、トルク値が、Ｎｍを単位として、プロットされている。

しかしながら、対応するｙ軸上においては、電圧値が、ボルト（Ｖ）を単位として、プロットされている。

曲線４８及び曲線４９が、座標系において、プロットされている。

曲線４８、４９の両方とも、構成部品１の磁化された領域２と関連しており、構成部品１が三つの磁気トラック３、４、５を備えていることが、図１に例示されている。

曲線４８は、センサ１０、２７に割り当てられており、曲線４９は、センサ１５、２９に割り当てられている。

曲線４８及び４９の両方の始点は、ｘ軸上の０Ｎｍ、ｙ軸上の値Ｖに参照番号５０により示される値Ｖの箇所にある。

第１のグループ６の磁気トラック３、４の磁化９、８の結果として、ｘ軸上におけるＮｍの値の増大に伴う、ｙ軸上におけるＶの値の増大を、曲線４８は示している。

磁化された領域２の第２のグループ７の磁気トラック４、５の磁化８、９が反転していることによる、座標系のｘ軸上におけるＮｍの値の増大に伴う、ｙ軸上におけるＶの値の減少を、曲線４９は示している。

図５は、デカルト座標系を示しており、第１象限５１及び第２象限５２を備えている。

図４と一致するように、センサ１０に対応する曲線４８及びセンサ１５に対応する曲線４９が、図５にプロットしてある。

図４における例示とは異なり、二つの曲線４８及び４９のそれぞれの始点は、ｘ軸上における０Ｎｍ、ｙ軸上の０Ｖの箇所にある。

曲線４８及び４９は、図４の両方の曲線のそれぞれについての説明と対応するように伸びている。

外部の磁界により、磁気トラック３、４、５の磁化方向８、９に影響が及ぼされ、曲線４８及び４９の一方向への平行移動が生じる。

平行移動において、曲線５３が曲線４８に対応し、平行な曲線５４が曲線４９に対応する。

また、図５から分かることは、センサ１０の曲線４８及びセンサ１５の曲線４９の平行移動の程度が異なるということである。

センサ１０の曲線４８は、距離５５だけ移動するが、センサ１５の曲線４９は、より小さい距離５６だけ移動するが、このことが意味することは、二つのセンサが、外部からの磁気から異なる影響を受けているということである。

図６は、構成部品１を示しており、より小さな直径の領域５７及びより大きな直径５８を有する。クワッド・バンド磁化５９を備えた磁化された領域２が、領域５７に示されている。しかしながら、領域５８においては、磁化された領域２が示されており、二つの磁気トラック３、５を含んでいる。隣接した磁気トラックの磁化８及び９は互いに対向している。

１ 構成部品
２ 磁化された領域
３ 磁気トラック
４ 共通の磁気トラック
５ 磁気トラック
６ グループ
７ グループ
８ 磁化
９ 磁化
１０ 第１のセンサ（第１のグループ）
１１ コイル
１２ コイル
１３ コイル
１４ コイル
１５ 第２のセンサ（第２のグループ）
１６ コイル
１７ コイル
１８ コイル
１９ コイル
２０ 半径方向の動き
２１ 磁気トラック
２２ 磁気トラック
２３ 磁気トラック
２４ 磁気トラック
２５ グループ
２６ グループ
２７ センサ（第１のグループ）
２８ 左ブランク
２９ センサ（第２のグループ）
３０ 左ブランク
３１ コイル
３２ コイル
３３ コイル
３４ コイル
３５ コイル
３６ コイル
３７ コイル
３８ コイル
３９ コイル
４０ コイル
４１ コイル
４２ コイル
４３ コイル
４４ コイル
４５ コイル
４６ コイル
４７ ０Ｎｍでの値
４８ 曲線（センサ１０）
４９ 曲線（センサ１５）
５０ Ｖの値（ｙ軸）
５１ 第１象限
５２ 第２象限
５３ 平行な曲線（センサ１０）
５４ 平行な曲線（センサ１５）
５５ センサ１０の曲線の距離
５６ センサ１５の曲線の距離
５７ 領域
５８ 領域
５９ クワッド・バンド磁化

Claims (10)

1. 外部からの磁気の影響を判定するための装置において、
   構成部品は、
   少なくとも一部が強磁性体の材料を含み、
   少なくとも三つの磁気トラックを含み、隣接した磁気トラックのそれぞれが対向する方向に磁化された、磁化可能な領域を備えており、
   少なくとも三つの磁気トラックは、構成部品との関係において、軸線方向に配置されており、
   構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための第１の磁界センサの少なくとも一つのコイルは、第１の外側の磁気トラック及び少なくとも一つの中央の磁気トラックのそれぞれに割り当てることができるようにされており、
   構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための第２の磁界センサの少なくとも一つのコイルは、少なくとも一つの中央の磁気トラック及び第２の外側の磁気トラックのそれぞれに割り当てることができるようにされており、
   第１の磁界センサの信号は、第２の磁界センサの信号に関して設定することができるようにされている
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   二つの磁界センサの一方は、冗長センサの形態で形成されていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、
   構成部品はシャフトとされていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
4. 請求項１、２又は３に記載の装置において、
   構成部品に関して半径方向に配置された少なくとも一つの別のコイルは、第１の外側の磁気トラック及び中央の磁気トラックのそれぞれに割り当てることができるようにされており、
   構成部品に関して半径方向に配置された少なくとも一つの別のコイルは、中央の磁気トラック及び第３の磁気トラックのそれぞれに割り当てることができるようにされていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置において、
   第１の磁界センサ及び／又は前記第２の磁界センサは、構成部品との関係において、非接触的な態様で配置されていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置において、
   第１の磁界センサ及び／又は前記第２の磁界センサは、フラックスゲートに基づく磁界センサとされていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置において、
   トルクは、構成部品に作用するようにされていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置において、
   少なくとも第１の磁界センサの領域の構成部品の直径は、更なるセンサの領域のシャフトの直径とは異なることとされていることを特徴とする
   外部からの磁気の影響を判定するための装置。
9. 外部からの磁気の影響を判定するための方法において、次の工程を含むものであり、すなわち、
   少なくとも一部が強磁性体の材料を含む構成部品を磁化し、
   磁化可能な領域に少なくとも三つの対向する磁気トラックを生成し、
   対向する方向に磁化が可能な少なくとも三つの磁気トラックを組み合わせ、重なりはあるが、構成部品において軸線方向に位置が変更されて配置される少なくとも二つのグループとし、
   構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための第１の磁界センサを、第１の外側の磁気トラック及び中央の磁気トラックのそれぞれに割り当て、
   構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための第２の磁界センサを、中央の磁気トラック及び第３の磁気トラックに割り当て、
   第１の磁界センサの信号を前記第２の磁界センサの信号に関して設定する
   外部からの磁気の影響を判定するための方法。
10. 外部からの磁気の影響を判定するための装置の使用において、
    構成部品は、
    少なくとも一部が強磁性体の材料を含み、
    少なくとも三つの対向する磁気トラックを含む磁化可能な領域を備えており、
    少なくとも三つの磁気トラックは、構成部品に関して軸線方向に配置されており、
    構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための少なくとも二つのコイルを含む第１の磁界センサは、第１の外側の磁気トラック及び中央の磁気トラックに割り当てることができることとされており、
    構成部品に関して半径方向に配置された、信号を発するための少なくとも二つのコイルを含む第２の磁界センサは、中央の磁気トラック及び第３の磁気トラックに割り当てることができることとされており、
    第１の磁界センサの前記信号は、第２の磁界センサの前記信号に関して設定することができることとされている
    外部からの磁気の影響を判定するための装置の使用。