JP2018517153A - 負荷およびトルク検出デバイス - Google Patents

Abstract

強磁性要素を磁化するためのシステムおよび方法が開示される。電極は強磁性要素の対向する表面上に配置され、電流が電極に印加され、その結果、強磁性要素上に磁気的に調整された領域が形成される。磁界センサーは、磁気的に調整された領域に近接して配置されてもよい。磁界センサーからの出力信号は、強磁性要素に加えられる負荷またはトルクを示すことができる。

Description

本発明は、負荷およびトルク検出デバイス、その使用法およびそれを形成する方法に関する。特に本発明は、磁気弾性タイプの検出デバイス、その使用法およびデバイス要素を磁化するために電流を使用することによって当該デバイスを形成するための方法に関する。

力、引っ張り、圧縮または圧力の大きさを含む負荷の大きさを特定するための能力が望まれる多数の用途が存在する。当該能力を提供するために、歪みゲージを組み込んだ従来の負荷センサーまたはロードセルが開発されてきた。そうした歪みゲージは導電性材料を含むことがあり、その抵抗は、材料が引っ張りまたは圧縮を受けたときに変化する。引っ張りまたは圧縮の大きさは、導電性材料の抵抗の変化を測定することによって特定することができる。

上述した従来の負荷センサーに加えて、それに対して負荷が加えられたときにセンサーを形成するために使用される材料の磁気特性の結果としての変化に基づいて負荷の大きさを特定することを可能とする磁気弾性負荷センサーが開発されている。Garshelisの米国特許第５，１９５，３７７号およびCripeの米国特許第６，２２０，１０５号は磁気弾性負荷検出デバイスを記載している。

Moranらの米国特許出願第１４／５８６，０１７号には、その上に形成された環状磁化領域を有するプレートを含む磁気弾性負荷センサーが記載されている。当該出願によれば、磁化された領域は、磁石をプレートの表面の近くに配置し、プレートを回転させることによって形成することができる。一対の磁界センサーを磁化された領域の表面近くに配置することができ、磁界センサーは、プレートに加えられる引っ張りまたは圧縮を示す出力を生成する。

回転駆動シャフトを有するシステムの制御では、トルクおよび速度が重要な基本パラメータである。したがって、正確で信頼性がありかつ安価な方法でのトルクの検出および測定が、長い間、そうした制御システム設計の主な目的であった。

いくつかの従来技術のトルク検出デバイスでは、ディスクまたはディスク状部材がトルク検出要素として機能することができる。そのようなディスクは、少なくとも一つの磁気弾性的に活性な強磁性磁気抵抗領域を含む。各磁気抵抗領域は、一般に、単一の円周方向または軸方向に磁化される。一つ以上の磁界センサーが当該領域に近接して配置され、ディスクへのトルクの作用に起因する当該領域の磁化の変化を検出するよう構成される。磁界センサーは、加えられたトルクを示す出力を提供する。この領域は、加えられたトルクがゼロまで減少したとき、その内部の磁化を静止または初期方向に戻すのに十分な異方性を有していなければならない。

Jonesの米国特許第６，５１３，３９５号には、その上に形成された円周方向に分極された磁気的に調整された領域を備えたディスクを有する磁気トルク検出デバイスが記載されている。フラックスゲートインダクター、ホール効果センサーなどの磁界センサーは、磁気的に調整された領域に近接して配置され、ディスクに加えられるトルクを表す電気信号を出力するように構成されてもよい。当該特許にはまた、その上に形成される反対の周方向に分極された二つの磁気的に調整された領域を有するディスクが記載されている。磁界センサーは、共通モードフィールドキャンセルを可能とするためにそれらの検出方向が放射状にかつ反対方向に配向されるように、それらの磁気的に調整された領域に近接して配置されてもよい。

Mayの米国特許第６，９１０，３９１号は、その上に形成された二つの半径方向に離間され、反対方向に分極された環状の磁気的に調整された領域を備えたディスクを有する磁気トルク検出デバイスを記載している。当該特許は、軸方向にこれらの領域を磁化するプロセスを記載しており、このプロセスは、ディスクの両側に磁石を設け、磁石間でディスクを回転させることを含む。当該特許によれば、ディスクへのトルクの作用中にディスクの磁化が行われ、ディスクにトルクが作用していないときに磁界センサーによって測定可能な非ゼロ値が出力される。

Mayの米国特許第７，２１９，５６４号明細書には、ディスク状部材を有するいくつかの磁気トルク検出デバイスが記載されており、そしてそのような部材を磁化するためのプロセスが記載されている。これらのプロセスのそれぞれは、ディスクの表面に近接した一つ以上の磁石の配列の位置決めと、磁石の配列に対するディスクの回転とを含む。

Leeの米国特許第８，６３５，９１７号は、二つの環状の磁気的に調整された領域を備えたディスク状部材を有する磁気トルク検出デバイスを記載している。当該特許によれば、半径方向ギャップが存在しないためにトルク検出デバイスは改善された回転信号均一性（ＲＳＵ）性能を示すことができるので、磁気的に調整された領域はそれらの間に半径方向ギャップを伴わずに形成される。当該特許はさらに、ディスクの表面に近接して一対の永久磁石を位置決めし、永久磁石の対に対してディスクを回転させてディスク上に磁気的に調整された領域を形成するステップを含む、そうしたディスクを磁化するための方法を記載している。

従来技術は、強磁性要素を磁化するためのプロセスであって、強磁性要素に対して永久磁石の位置決めを必要とするプロセスを記載している。したがって、従来技術のプロセスは、強磁性要素および磁石を互いに対して回転またはその他の方法で動作させることができる磁石、磁石ホルダーおよびデバイスを含む装置を必要とする。そのような装置の要求、およびそのような装置をセットアップし、そのようなプロセスを実施するのに必要な時間は、製造コストおよびサイクル時間の増大につながる可能性がある。先行技術の磁化プロセスの性質は、磁気的に調整された領域の潜在的な位置および形状が制限されるようなものである。さらに、先行技術のプロセスは、部分的な不整合をもたらす可能性がある。例えば、磁気的に調整された領域の品質の変動は、強磁性要素を磁化するために使用される磁石の強度の変動、プロセスの実行中の磁石と要素との間の距離の変動、ならびにプロセス中の磁石に対する要素の回転またはその他の動作の速度および／または持続時間の変動から生じ得る。

米国特許第５，１９５，３７７号明細書 米国特許第６，２２０，１０５号明細書 米国特許出願公開第１４／５８６，０１７号明細書 米国特許第６，５１３，３９５号明細書 米国特許第６，９１０，３９１号明細書 米国特許第７，２１９，５６４号明細書 米国特許第８，６３５，９１７号明細書

したがって、低減された製造時間、コストおよび不整合を可能にしながら、正確な測定を実現する検出デバイスとして使用するための強磁性元素を磁化するための装置および方法が求められている。

本発明は、とりわけ、強磁性要素、より具体的には負荷またはトルク検出要素の磁化のための新規なシステムおよび方法を提供する。特に、本発明は、要素と物理的に接触して電極を配置し、電極に、したがって要素に電流密度を印可することにより、負荷またはトルク検出要素を磁化するためのシステムおよび方法を提供する。本明細書に記載のシステムおよび方法のさまざまな例示的実施形態のすべては、負荷およびトルク検出用途の両方で使用するためのプレート、ディスクおよびその他の強磁性要素の磁化において使用することができる。

本発明はまた、強磁性要素または磁石を互いに対して回転させるか、その他の様式で動作させることができる永久磁石、磁石ホルダーまたは装置を必要としない、強磁性要素を磁化するためのシステムおよび方法を提供する。

本発明はまた、強磁性要素を磁化するためのシステムおよび方法を提供し、この磁化は、低減された製造サイクル時間、磁気的に調整された領域の位置および形状の増大した柔軟性、冶金学的不均一性のために局所的補償、そして従来技術のシステムおよび方法に対する増大した部分対部分一貫性を提供する。

本発明はまた、強磁性要素を磁化するためのシステムおよび方法を提供し、この磁化は、従来技術によって説明された磁化よりも高い感度をもたらす。本発明に従って製造された検出デバイスは、従来技術のデバイスによって提供されるものよりも高い出力信号を提供することができる。したがって、本発明は改善された適用性、精度および信頼性を示す。

非限定的な例において、本発明は、電流を導通させるための、そして要素の第１の表面に接触するための第１の接触端部を有する第１の電極、ならびに電流を導通させるための、そして要素の第２の表面に接触するための第２の接触端部を有する第２の電極を有するシステムにおいて具現化することができる。第１および第２の接触端部は、そうである必要はないが円柱形状であってもよく、そうである必要はないが中実であってもよい（例えばそれは中空であってもよい）。

第１および第２の接触端部が中空である場合、システムは、要素の第１および第２の表面にそれぞれ接触するための第３および第４の電極を含むことができる。第３および第４の接触端部は、第１および第２の接触端部の直径よりも小さい直径を有していてもよい。

別の非限定的な例では、本発明は、磁化可能な要素を磁化するための方法において具現化されてもよい。この方法は、第１の電極を要素の第１の表面に接触させて配置するステップと、第２の電極を要素の第２の表面と接触させて配置するステップと、第１の電極から第２の電極へと電流を流すことによって要素に磁界を発生させるステップとを含むことができる。第１および第２の電極は、互いに同一線上にありかつそれ自身の長手方向軸線を有することができる要素の第１および第２の表面に対して垂直である長手方向軸線を有することができる。第１および第２の電極は、例えば円柱形状またはその他の形状であってもよくかつ中実または中空であってもよい、第１および第２の接触端部をそれぞれ含むことができる。

第１および第２の接触端部が中空である場合、上記方法は、第３および第４の電極を要素の第１および第２の表面にそれぞれ接触させて配置するステップと、第４の電極から第３の電極へと電流を流すことにより要素に磁界を発生させるステップとを含むことができる。第３および第４の電極は、第１および第２の接触端部の直径よりも小さい直径を有する第３および第４の接触端部を有していてもよい。

本発明の上記およびその他の利点および特徴ならびに本発明自体は、以下の図面に関連した以下の詳細な説明からより容易に明らかになるであろう。

本発明の例示的実施形態に係る、それに対してある電流密度が印加されるプレートおよび電極の斜視図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、電極内の磁気プロファイルの平面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、ディスクおよび電極の斜視部分分解図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、それに対して電流密度が印加される図３のディスクおよび電極のＡ‐Ａ線での断面図である。 本発明の例示的な実施形態に従って磁化された後の図３および図４のディスクの平面図である。 本発明の別な例示的な実施形態に従って磁化された後の図３および図４のディスクの平面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る負荷検出プレートの一例を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係るトルク検出ディスクの一例を示す図である。

本発明のいくつかの好ましい実施形態が例示目的のために記載されているが、本発明は図面に具体的に示されていない他の形態で実施されてもよいことが理解される。さらに、図面および図面の説明において、特定の用語は便宜的にのみ使用されており、本発明の実施形態を限定するものと解釈すべきではない。さらに、図面および以下の説明において、同様の参照数字は同様の要素を示す。図面は、本発明を使用するためのシステム構造および方法に関して説明される。

まず、図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態に従って磁化されることを含む、磁化されるのに適合されたプレート１１０が示されている。また、磁化プロセス中に使用されるのに適合された電極も示されている。

好ましくは、プレート１１０はスチールなどの強磁性材料から形成される。プレートを形成するために使用され得る材料の例には、４５ＮｉＣｒＭｏ１６、１７‐４ＰＨ、ＡＩＳＩ９３１０、ＡＩＳＩ４３４０および先行技術に記載されたものを含むその他の磁化可能材料が含まれる。プレート１１０の少なくとも磁化される部分は強磁性材料から形成される。

プレート１１０は貫通孔１１６を含むことができ、これは、プレート１１０を、クレーン、フォークリフトまたはその他の機械の使用のような負荷検出用途における使用のための適切な構造体に取り付けることを可能とする。

第１の電極１２０は、プレート１１０の第１の表面１１２に近接して配置され、第２の電極１３０は、プレート１１０の第２の表面１１４に近接して、第１の表面１１２に対向して配置される。第１の電極１２０および第２の電極１３０は導電性材料から形成される。好ましい実施形態では、第１の電極１２０および第２の電極１３０は少なくとも銅から形成される。

第１の電極１２０は、第１の接触端部１２２と第１の遠位端部１２４とを含む。第２の電極１３０は、第２の接触端部１３２と第２の遠位端部１３４とを含む。図１に示す実施形態において、接触端部１２２，１３２の各々は中実（すなわち非中空）かつ円柱形状であるが、中空で非円柱形状の接触端部もまた考えられる。例えば、他の実施形態では、接触端部１２２，１３２は、矩形または六角形などの非円柱形であってもよい。接触端部１２２，１３２は、その他の形状であってもよい。好ましくは、第１の接触端部１２２の形状は第２の接触端部１３２の形状と同一であり、これは一方の接点から他方の接点への電流の流れを改善する。

接触端部１２２，１３２の各々はプレート１１０の表面１１２，１１４に接触するための表面を有し、接触表面は、電極１２０，１３０の中心長手方向軸線Ａ１，Ａ２に対して略垂直な平面内に実質的に含まれる。

第１の電極１２０は第１の中心長手方向軸線Ａ１を含み、第２の電極１３０は第２の中心長手方向軸線Ａ２を含む。図１に示す実施形態では、電極１２０，１３０は、それらの長手方向軸線Ａ１，Ａ２が実質的に同一線上にある（すなわち電極１２０，１３０が同心状である）ように配置される。さらに、長手方向軸線Ａ１，Ａ２は、プレート１１０の第１および第２の表面１１２，１１４にほぼ垂直である。軸線Ａ１，Ａ２の整列は、磁化プロセスの有効性を改善するために望ましい。

プレート１１０の表面１１２，１１４および接触端部１２２，１３２は接触するが、接触端部１２２，１３２の表面およびプレート１１０の表面１１２，１１４を横切って不規則性が存在する可能性があるため、接触端部１２２，１３２がプレート１１０の表面１１２，１１４と接触する断面フットプリントを横切るすべての点で必ずしも接触しないことを理解されたい。

プレート１１０は、以下のように磁化されてもよい。第１の電極１２０の第１の接触端部１２２は、プレート１１０の第１の表面１１２と物理的に接触して配置される。第２の電極１３０の第２の接触端部１３２は、プレート１１０の第２の表面１１４と物理的に接触して配置される。これは、まず、プレート１１０と第１および第２の電極１２０，１３０とを、当業者に周知の種類の適切に構成されたジグまたはサポート内に配置することによって実現され得る。いったん適所に置かれると、接触端部１２２，１３２の各々は、図１に最もよく示されるように、プレート１１０のそれぞれの対向面１１２，１１４に断面フットプリントを付与する。

電極１２０，１３０の遠位端部１２４，１３４は、大電流電源などの電流源（図示せず）またはマルクス発電機などの電流増幅器に電気的に接続される。電流密度Ｊが電流源によって生成され、それは電極１２０，１３０を、したがってプレート１１０を通過することができる。電流密度Ｊはプレート１１０に対して垂直に向けられる。アンペールの法則によれば、電流密度Ｊの生成の結果、電極１２０，１３０の長手方向軸線Ａ１，Ａ２を中心として方向付けられた円形磁界Ｂが生じる。磁界Ｂもまたプレート１１０内に存在する。さらに、プレート１１０の磁気透過率によって、磁界Ｂの大きさは、それがプレート１１０の外部にある場合よりも、プレート１１０の内部においてよりも大きい。

電流密度Ｊを電極１２０，１３０およびプレート１１０へ印加する間、磁界Ｂの大きさは、電流密度Ｊの中心において（すなわち電極１２０，１３０の長手方向軸線Ａ１，Ａ２に沿って）ゼロに近づく。プレート１１０内では、磁界Ｂの大きさは、電極１２０，１３０の長手方向軸線Ａ１，Ａ２から距離ｒにおいてその最大値を示すが、ここでｒは接触端部１２２，１３２の半径に等しい。磁界Ｂはまた、電流密度Ｊの中心からｒよりも大きい距離に存在する。距離がｒを超えて増大すると、磁界は１／ｒの係数だけ減少する。

ここで図２を参照すると、電流密度Ｊ（これは、図２では、ページの外に向けられる）の印加中の、やはり図１に示される、電極１２０の接触端部１２２内の磁気プロファイルが示されている。図２に示すように、磁界Ｂの大きさは、電流密度Ｊの中心においてゼロに近づく。磁界Ｂの大きさは、電流密度Jの中心から距離ｒである、接触端部１２２の円周において、その最大値である。図２の電極１２０の接触端部１２２に示される磁界は、プレート１１０の第２の表面１１４において見た場合、プレート１１０に生成される磁界に比例する。

電流密度Ｊをプレート１１０に印加するとプレート１１０の永久磁化が生じるが、プレート１１０の当該部分は磁化可能な材料から作られる。先に説明されかつ図１および図２に示されるプロセスによって、プレート１１０上には円形の磁気的に調整された領域が形成される。磁界Ｂの方向により、上記のプロセスに応答したプレート１１０の磁化は、軸線Ａ１，Ａ２に対して周方向に向けられかつ閉磁路を形成する。

好ましくは、電流密度Ｊの大きさは、プレート１１０上に結果として生じる残留磁化が磁気弾性負荷検出目的のために使用するのに十分であるようなものであるべきである。１７‐４ＰＨステンレススチール負荷センサーを含む例示的な実施形態では、５００Ａを超えるピーク電流への暴露が好ましい結果をもたらすことを見出した。例えば、本明細書に開示されたプロセスに従って製造されたデバイスは、従来技術の検出デバイスよりも高い感度を示すことができる。

本発明の一実施形態では、負荷センサーは、幅約２インチ、長さ５インチ、厚さ０.１４５インチの寸法を有することができる。直径１インチの接触端部１２２，１３２では、電流は１.０×１０^６Ａ／ｍ^２のオーダーの電流密度に対応するが、他の電流密度を使用することもできる。電流密度は、例えば、上述したように、大電流電源または電流増幅器を使用することによって達成することができる。好ましくは、電流は、比較的短時間に印加する必要がある。しかしながら、要素の過度の加熱が生じないならば、より長い時間にわたって電流を印加するのは有害ではないであろう。

本明細書で開示された磁化プロセスは、磁気弾性トルク検出用途で使用するためにフレックスプレートまたはディスクを磁化するために使用することができる。例えば、一つ以上の磁気的に調整された領域を有するフレックスプレートは、自動車のエンジンおよびトランスミッションに関連するもののようなドライブトレイン要素に取り付けられ得る。磁界センサーは、磁気的に調整された領域に近接して配置され、フレックスプレートに加えられるトルクを表す電気信号を出力するように構成されてもよい。

ここで図３を参照すると、磁化されるディスク３１０が示されている。好ましくは、ディスク３１０またはその一部は、スチールなどの強磁性材料から形成される。磁化されるディスク３１０の少なくとも一部分は強磁性材料から形成される。適切な材料の例は、図１のプレート１１０に関して上述されている。ディスク３１０は、外側貫通孔３１６および内側貫通孔（図示せず）を含むことができるが、これは、ディスク３１０を、これに限定されないが自動車エンジンおよびトランスミッションに関連するもののようなドライブトレイン要素に取り付けることを可能とする。

第１の電極３２０はディスク３１０の第１の表面３１２に近接して配置され、第２の電極３３０はディスク３１０の第２の表面３１４に近接して、第１の表面３１２に対向して配置される。第１の電極３２０および第２の電極３３０は導電性材料から形成される。好ましい実施形態では、第１の電極３２０および第２の電極３３０は、少なくとも銅、アルミニウムまたは銀から形成される。別な実施形態では、第１の電極３２０および第２の電極３３０は、その他の適切な導電性材料から形成することができる。

第１の電極３２０は、第１の接触端部３２２と第１の遠位端部３２４とを含む。第２の電極３３０は、第２の接触端部３３２と第２の遠位端部３３４とを含む。図３に示す実施形態では、接触端部３２２，３３２の各々は、中空円筒（すなわちチューブ）の形状である。より具体的には、接触端部３２２，３３２の各々は、内面と、外面と、外面の半径と内面の半径との差に等しい一定の厚みと、ディスク３１０の表面３１２，３１４に接触するための円筒ベースとを有する円筒壁を含み、ベースは、電極３２０，３３０の中心長手方向軸線Ａ３，Ａ４に対して略垂直な平面内に含まれる。

接触端部３２２，３３２は、遠位端部３２４，３３４から長手方向に延びる。図３に示すように、各遠位端部３２４、３３４は、中空円筒の形状で提供されてもよく、対応する接触端部３２２，３３２の内径（すなわち内面の直径）よりも小さな外径を有していてもよい。しかしながら、遠位端部３２４，３３４の別な形状を使用することができると考えられる。例えば、各遠位端部３２４，３３４は中実であってもよく、対応する接触端部３２２，３３２の内径または外径（すなわち外面の直径）よりも小さいか、等しいか、または大きい外径または幅を有していてもよい。

好ましくは、第１の接触端部３２２の形状は、第２の接触端部３３２の形状と同一である。第１の電極３２０は第１の中心長手方向軸線Ａ３を含み、第２の電極３３０は第２の中心長手方向軸線Ａ４を含む。図３に示す実施形態では、電極３２０，３３０は、それらの長手方向軸線Ａ３，Ａ４がほぼ同一線上にある（すなわち電極３２０，３３０が同心状である）ように配置される。さらに、長手方向軸線Ａ３，Ａ４は、ディスク３１０の第１および第２の表面３１２，３１４に対して略垂直である。軸Ａ３，Ａ４の整列は磁化プロセスの有効性を改善する。

図３には、第２の電極３３０がディスク３１０の第２の表面３１４に向かってかつそこから離れるように移動できることを示すために両方向矢印Ｄが示されている。同様に、第１の電極３２０は、（図３では第１の表面３１２と接触状態で示されているが）ディスク３１０の第１の表面３１２に向かってかつそこから離れるように移動することができる。

ここで図４を参照すると、磁化プロセス中のディスク３１０および電極３２０，３３０の断面が示されており、この断面は、図３に示される平面Ａ‐Ａに沿って取られたものである。図４に示すように、第１の電極３２０の第１の接触端部３２２は、ディスク３１０の第１の表面３１２と物理的に接触して配置される。第２の電極３３０の第２の接触端部３３２は、ディスク３１０の第２の表面３１４と物理的に接触して配置される。図４に示される実施形態では、接触端部３２２，３３２の各々は、ディスク３１０のそれぞれの表面３１２，３１４に断面フットプリントを付与する。

上述したように、ディスク３１０の表面３１２，３１４および接触端部３２２，３３２は接触するが、接触端部３２２，３３２の表面およびディスク３１０の表面３１２，３１４を横切って不規則性が存在する可能性があるため、接触端部３２２，３３２がディスク３１０の表面３１２，３１４と接触する断面フットプリントを横切るすべての点で必ずしも接触しないことを理解されたい。

電極３２０，３３０の遠位端部３２４，３３４は、大電流電源などの電流源（図示せず）またはマルクス発電機などの電流増幅器に電気的に接続される。電流密度Ｊが生成され、電極３２０，３３０を、したがってディスク３１０を通過することが可能とされる。電流密度Ｊはディスク３１０に垂直に向けられる。電流密度Ｊは、ディスク３１０の中心を通過しないが、接触端部３２２，３３２と物理的接触状態にあるディスク３１０の環状部分を通過する。アンペールの法則によれば、電流密度Ｊの生成は、電極３２０，３３０の長手方向軸線Ａ３，Ａ４を中心として方向付けられた円形磁界Ｂをもたらす。ディスク３１０への電流密度Ｊの印加によってディスク３１０内で環状磁界が形成される。

電流密度Ｊをディスク３１０に印加すると、ディスク３１０の永久磁化が生じる。図５に示すように、上述しかつ図３および図４に示すプロセスは、ディスク３１０に、環状の（軸線Ａ３，Ａ４に対して）周方向に分極された、磁気的に調整された領域３４０を形成する。

好ましくは、電流密度Ｊの大きさは、ディスク３１０に結果的に生じる残留磁化が磁気弾性負荷（トルク）検出目的のために使用するのに十分であるようなものであるべきである。１.０×１０^６Ａ／ｍ^２のオーダーの電流密度が十分な残留磁化を生じることを見出した。

複数の磁気的に調整された領域が望ましい場合には、プレートまたはディスクの各側に複数の電極対を配置し、これらの電極に適切な電流密度を印加してもよい。

ここで図６を参照すると、第１の周方向に分極された磁気的に調整された領域６４０と、第２の同心状の、逆向きに周方向に分極された磁気的に調整された領域６５０とを有するディスク６１０が示されている。磁気的に調整された領域６４０，６５０の分極は、周方向に向けられた矢印によって示される。このような磁化プロファイルは、中空円筒状の接触端部を有する電極の第１の対のそれぞれのものをディスク６１０の両側に配置し、より細い中空円柱状の接触端部を有する電極の第２の対のそれぞれのものをディスク６１０の両側に配置することによって形成されてもよい。電極の第１および第２の対に反対方向に電流密度を印加することによって、複数の磁気的に調整された領域を形成することができる。複数の磁気的に調整された領域は、好ましくは順次形成されるが、場合によっては、同時に形成されてもよい。複数の磁気的に調整された領域は、連続していてもよく、あるいは離れていてもよい。逆向きに分極された磁気的に調整された領域の存在は、少なくともコモンモードフィールドキャンセルを実現するので、トルク検出用途において有用である。

磁化可能なプレートを図７に示す。このようなプレートは、例えば、磁気弾性負荷検出デバイス７００として使用することができる。図７において、プレート７１０は、その上に形成された磁気的に調整された領域７４０を有する。矢印は、磁気的に調整された領域７４０がプレート７１０の軸線に対して周方向に磁化されることを示す。検出デバイス７００は、それに対して検出デバイス７００を固定するかあるいは負荷を取り付けるための孔７１２を含む歪み分配バー７２０を含む。センサープラットフォーム７５０に取り付けられかつプレート７１０の表面に近接して配置された磁界センサー７５２は、例えば、プレート７１０に加えられる力または引っ張りの量の少なくとも一つの指標を提供することができる。

磁化可能なディスクを図８に示す。そうしたディスクは、例えば、自動車のエンジンまたはトランスミッションにおける、例えば磁気トルク検出デバイス８００として使用することができる。図８に示す実施例では、強磁性要素は、その上に形成された一つ以上の磁気的に調整された領域８４０を有するディスク状駆動プレート８１０に組み込まれている。ディスク８１０の貫通孔８１２およびハブ８２０の対応する孔８２２には、ボルトなどのファスナー（図示せず）が挿入されてもよく、これによってディスク８１０とハブ８２０との間に堅固な取り付けが形成される。ハブ８２０は、駆動プレート８１０がクランクシャフトとして機能するシャフト８３０に同軸状に取り付けられることを可能にする。駆動プレート８１０はさらに、駆動プレート８１０の表面または外周のいずれかに配置されかつトルクコンバーターとして機能するリム８６０に取り付けられる。シャフト８３０に加えられるトルクは、駆動プレート８１０およびリム８６０に伝達され得る。同様に、リム８６０に加えられるトルクは、駆動プレート８１０およびシャフト８３０に伝達され得る。駆動プレート８１０の表面に近接して配置された磁界センサー８５２，８５４は、例えば、車両エンジンによって生成されるトルクの大きさに関連し得る、シャフト８３０に加えられるトルクの大きさの少なくとも指標を提供し得る。

開示された発明の特定の現時点で好ましい実施形態が本明細書に具体的に記載されているが、本発明が属する分野の当業者にとって、本明細書に示され記載されたさまざまな実施形態の変形および修正が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなし得ることは明らかである。本発明は、本出願の利益を主張する特許出願またはそこから発行される特許に添付された特許請求の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

１１０ プレート
１１２ 第１の表面（対向面）
１１４ 第２の表面（対向面）
１１６ 貫通孔
１２０ 第１の電極
１２２ 第１の接触端部
１２４ 第１の遠位端部
１３０ 第２の電極
１３２ 第２の接触端部
１３４ 遠位端部（第２の遠位端部）
３１０ ディスク
３１２ 第１の表面
３１４ 第２の表面
３１６ 外側貫通孔
３２０ 第１の電極
３２２ 第１の接触端部
３２４ 第１の遠位端部
３３０ 第２の電極
３３２ 第２の接触端部
３３４ 遠位端部（第２の遠位端部）
３４０ 磁気的に調整された領域
６１０ ディスク
６４０ 磁気的に調整された領域
６５０ 磁気的に調整された領域
７００ 磁気弾性負荷検出デバイス
７１０ プレート
７１２ 孔
７２０ 歪み分配バー
７４０ 磁気的に調整された領域
７５０ センサープラットフォーム
７５２ 磁界センサー
８００ 磁気トルク検出デバイス
８１０ ディスク状駆動プレート（ディスク）
８１２ 貫通孔
８２０ ハブ
８２２ 孔
８３０ シャフト
８４０ 磁気的に調整された領域
８５２ 磁界センサー
８５４ 磁界センサー
８６０ リム

Claims (17)

1. 磁化可能要素の第１の表面と接触している第１の電極を通って電流を導通させるステップであって、前記第１の電極は第１の長手方向軸線を有するステップと、
   前記第１の表面と実質的に対向する前記要素の第２の表面と接触している第２の電極を通って電流を導通させるステップであって、前記第２の電極は第２の長手方向軸線を有するステップと、を具備し、
   前記第１の電極を通り、前記第２の電極内へと、そして前記第２の電極を通って電流を導通させることによって磁界を発生させ、前記磁界は、前記第１および第２の軸線に対して実質的に周方向に前記要素の一部を磁化するために十分な強度を有する、方法。
2. 前記第１および第２の長手方向軸線は実質的に同一直線上にあり、かつ、前記第１および第２の軸線は前記第１および第２の表面に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の電極は前記要素に接触するための第１の接触端部を備え、前記第２の電極は前記要素に接触するための第２の接触端部を備え、前記第１の接触端部および前記第２の接触端部は中実かつ円柱形状である、請求項１に記載の方法。
4. 前記要素に近接して磁界センサーを配置するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記磁界センサーからの出力信号に基づいて、負荷の大きさを特定するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記磁界センサーからの出力信号に基づいて、トルクの大きさを特定するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記第１の電極は前記要素に接触するための第１の接触端部を備え、前記第２の電極は前記要素に接触するための第２の接触端部を備え、前記第１の接触端部および前記第２の接触端部はそれぞれ中空かつ円筒形状である、請求項１に記載の方法。
8. 前記要素の前記第１の表面と接触している第３の電極を通って第２の電流を導通させるステップであって、前記第３の電極は第３の長手方向軸線を有すると共に前記要素と接触するための第３の接触端部を備えるステップと、
   前記要素の前記第２の表面と接触している第４の電極を通って前記第２の電流を導通させるステップであって、前記第４の電極は第４の長手方向軸線を有すると共に前記要素に接触するための第４の接触端部を備えるステップと、をさらに具備し、
   前記第３の電極を通り、前記第４の電極内へと、そして前記第４の電極を通って前記第２の電流を導通させることによって磁界を発生させ、前記磁界は、前記第３および第４の軸線に対して実質的に周方向に前記要素の一部を磁化するために十分な強度を有し、
   前記第３の接触端部および前記第４の接触端部はそれぞれ中空かつ円筒形状であり、前記第３の接触端部の外径は前記第１の接触端部の内径よりも小さく、かつ、前記第４の接触端部の外径は前記第２の接触端部の内径よりも小さい、請求項７に記載の方法。
9. 前記要素に近接して磁界センサーを配置するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記磁界センサーからの出力信号に基づいて、負荷の大きさを特定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記磁界センサーからの出力信号に基づいて、トルクの大きさを特定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記要素を流れる電流密度は約１.０×１０^６Ａ／ｍ^２である、請求項１に記載の方法。
13. 磁化可能要素を提供するステップをさらに備え、前記要素は、１７‐４ＰＨステンレススチール、４５ＮｉＣｒＭｏ１６、ＡＩＳＩ９３１０およびＡＩＳＩ４３４０の一つからなる、請求項１に記載の方法。
14. 第１の電流を導通するように構成され、かつ、プレートまたはディスク形状部材の磁化可能要素の第１の表面に接触するための第１の接触端部を有する第１の電極と、
    第１の電流を導通するように構成され、かつ、前記第１の表面に対向する、前記要素の第２の表面に接触するための第２の接触端部を有する第２の電極と、を具備し、
    前記第１および第２の電極は、前記第１の電極の長手方向軸線が前記第２の電極の長手方向軸線と実質的に同心状であるように、前記磁化可能要素に近接して配置されるように構成され、
    前記第１の電極の前記長手方向軸線および前記第２の電極の前記長手方向軸線は、前記要素の前記第１および第２の表面に対して実質的に垂直であるように構成されている、システム。
15. 前記第１の接触端部および前記第２の接触端部はそれぞれ中実かつ円柱形状である、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第１の接触端部および前記第２の接触端部はそれぞれ中空かつ円筒形状である、請求項１４に記載のシステム。
17. 第２の電流を導通するように構成され、かつ、前記要素の第１の表面に接触するための第３の接触端部を有する第３の電極と、
    前記第２の電流を導通させるように構成され、かつ、前記要素の第２の表面に接触するための第４の接触端部を有する第４の電極と、をさらに具備し、
    前記第３の接触端部および前記第４の接触端部はそれぞれ中空かつ円筒形状であり、前記第３の接触端部の外径は前記第１の接触端部の内径よりも小さく、かつ、前記第４の接触端部の外径は前記第２の接触端部の内径よりも小さい、請求項１６に記載のシステム。

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