KR101643182B1 - 주위 자기장 차단 자기탄성 토크 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3개 세트의 자기장 센서를 샤프트 둘레에 놓음으로써 토크 센서내의 자기장 노이즈의 효과를 상쇄시키는 방법 및 장치를 포함한다. 제1 세트의 필드 센서는 샤프트의 중앙 영역에 놓이고 제2 및 제3 세트의 필드 센서는 중앙 영역에 놓인 필드센서의 좌우측에 각각 놓인다. 토크 유도 자기장은 이러한 배열의 필드 센서에 의해 상쇄되지 않지만 근거리장 소스로부터의 근거리자기장은 상쇄된다.

Description

주위 자기장 차단 자기탄성 토크 센서{MAGNETOELASTIC TORQUE SENSOR WITH AMBIENT FIELD REJECTION}
본 발명은 일반적으로 자기장 센서 사용을 포함하는 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히 본 발명은 토크 유도 자기장을 측정하면서 자기장 노이즈를 상쇄시키는 센서 및 회로를 포함하는 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
여기에 언급되어 통합된 미국 특허 제5,351,555호는 자기 쌍극자가 토션 응력의 존재하에 기울어져 외부 측정가능한 자기장을 발하는 단일 원형 자화된 영역을 개시한다. 자기장은 이들의 측정에서, 대체가능하기 때문에, '555 특허에서 제시된 센서는 외부 기원의 다른 자기장에 취약할 수 있다. 특히, 지구의 자기장은 측정된 자기장이 지구의 남북 자기장 성분 플러스 토크 종속 필드의 합인 "컴패싱"으로 알려진 현상을 유발할 것이다. 이러한 개시의 상황하에서, 용어 "컴패싱"은 자기장 센서와 외부 기원의 자기장 간의 상호작용으로 발생할 수 있는 임의의 에러를 개시하도록 사용될 것이다.
여기에 역시 언급되어 통합된 미국 특허 제5,520,059호는 제1 영역에 반대 원형 방향으로 자화된 인접 제2 영역을 더하는 컴패싱 이슈를 다루고 있다. 이러한 배열은 2개의 토크 종속 자기장을 산출하는데, 그 이유는 이러한 영역의 묵인된 자화는 반대 방향을 갖고, 토크 종속 자기장은 동일하지만 반대 자극성을 갖기 때문이다. '059 특허에서 개시된 2개의 영역과 상응하는 2개의 자기장 센서 각각은 서로 반대 축방향 극성을 갖고 있다(하지만 상응하는 자화 영역의 각각에 대해 동일한 극성을 갖는다). 따라서, 주변 원거리 자기장은 필드 센서의 각각에 동일하지만 반대 방식으로 영향을 주어, 그 측정분을 상쇄시킨다. 즉, 비분산(원거리) 필드는 (이들의 설치된 구성으로 인해) 대략 동일한 크기를 갖지만, 반대 극성을 갖는 상응하는 필드 센서의 각각에 영향을 주어서, 출력을 합산함으로써 모든 공통 모드 외부 자기장은 상쇄된다.
'059 특허는 원거리장을 다룰 때 효과적이지만, 분산 근거리장은 2개의 자기장 센서의 각각을 명확하게 상이한 필드 강도 및 방향으로 노출시킬 수 있다. 이러한 시나리오에서, 이러한 2개의 필드 센서 출력은 서로 상쇄시키는 동일하지만 반대의 에러 성분을 반영하지 않고, 측정값에 에러를 도입시키는 동일하지 않은 반대의 성분을 반영할 것이다. 실제, '059 특허에 개시된 발명의 구성은 국부적으로 분산된 자기장의 존재하에서 에러에 취약한데, 그 이유는 이러한 2개의 자기장 센서는 상이한 크기의 분산 자기장을 경험하기 때문이다. 근거리장 소스로부터 나오는 2개의 자기장 센서간의 자기장 차이는 토크 유도 자기장과 불균일하게 조합하고 거짓 토크값으로 이르게 된다. 따라서, 이러한 근거리장 효과를 제거하는 것이 중요하다.
정확한 토크 종속 필드 측정값을 절충할 수 있는 수많은 다른 타입의 근거리 필드 소스가 존재한다. 이러한 소스는 영구자석, 자화된 렌치, 모터 또는 솔레노이드등을 포함한다. 또 다른 것은 지구의 자기장의 형상 및 방향을 왜곡시키는 영구자석 구조 근처에 있어, 원치않는 방향으로 자속이 집중되는 국부화된 영역을 생성한다. 이러한 예의 각각은 분산 자기장, 즉, 자기장 강도 및 자속 방향에 있어서 상당히 국부적으로 기울어진 자기장을 초래한다.
근거리장 소스 또는 누설 자기장의 효과를 상쇄시키기 위한 수많은 방법이 존재한다. 이것은 차폐를 채용하고 자속 방향을 사용하는 단계를 포함한다. 이러한 타입의 구조의 각각은 높은 투자율을 갖는 물질로부터 만들어지는데, 이것은 이들 물질이 예를 들어, 공기보다 자기장에 훨씬 더 낮은 저항을 제시한다는 것을 의미한다. 원리상, 실드는 보다 짧은 한정된 길이가 적합하게 기능할 수 있지만, 무한 길이의 튜브의 형태를 갖는다. 실드의 외측에 나오는 자기장은 이러한 자기장이 자기장 센서를 가로지르는 것을 차단하는 높은 투자율의 실드 재료를 통해 효과적으로 션팅된다. 상이한 접근법을 사용하여, 자속 디렉터는 토크 종속 자기장의 대부분을 수집하고 이것을 자기장 센서로 유도한다. 이러한 접근법을 통해, 자속 디렉터 지오메트리는 관심의 토크 종속 자기장을 수집하는 효율이 부수적이고 에러 유도 자기장을 수집하는 효율보다 훨씬 더 크도록 되어 있어, 자기장 센서의 효율을 증가시키고 그래서 이들의 신호 대 노이즈 비를 증가시킨다.
상술된 실딩 방법이 튜브의 형태로 실드의 축방향에 수직인 외부 자기장에 대해 효과적일 수 있지만, 이러한 실드는 양 단부에서 개방된 튜브의 축방향에서 외부 자기장에 매우 취약하다. 임의의 외부 자기장은 개방된 실드의 사이드를 통해 실드내측의 필드 센서로 전달될 수 있다.
자속 디렉터 구조는 토크 종속 자기장의 방사형 자속 성분을 수집함으로써 동작하여서, 외부 기원의 축방향의 자속을 차단하기에 적합하지만, 자속 디렉터는 샤프트의 축에 수직인 외부 자기장에 취약한 경향이 있다.
관형 실딩 및 자속 디렉터의 조합은 필드 감지 디바이스상에 직접적으로 작용하는 외부 기원의 양 축방향 및 방사방향의 필드를 효과적으로 완화시킴으로써 보완하는 방식으로 작용한다. 그러나, 이러한 조합은 설계에서의 패키징 및 비용을 포함하는 많은 애플리케이션에서 그 요구정도를 제한하는 다른 단점을 갖고 있다.
외부 자기장 소스가 전력 스티어링 시스템의 컬럼의 단부와 같은 샤프트의 단부와 직접 접촉하고 있다면, 강화 외부 근거리장이 샤프트 또는 예를 들어, 베어링 또는 마운팅 플랜지와 같은 근방에서 자기 결합된 구조부의 직경 변화의 결과로서 샤프트를 통해 필드 센서에 전송될 수도 있다. 또한, 컬럼 또는 샤프트에 대한 전형적인 제조 프로세스는 컬럼 표면상의 결함의 가시화를 위해 디펙트 사이트로 자기 입자를 가이드하기 위한 자화 프로세스 및 조사를 끝낸 후의 비자화 프로세스를 포함하는 자기 입장 조사(MPI) 프로세스를 포함할 수 있다. 자주, 비자화는 완벽하지 않고, MPI 프로세스 후에 컬럼 또는 샤프트내에 잔류 자기장이 남아있다. 잔류 자기장의 전형적인 값은 10과 100 가우스 사이이다. 이러한 상대적으로 큰 외부 자기장은 실드내측의 필드 센서에 직접 전달될 수 있고, 토크 유도 자기장과 불균일하게 합해질 수 있어, 토크 측정값에 오류가 생길 수 있다. 이것은 전류 기술로 샤프트를 통해 전파되는 외부 자기장을 보호하거나 차폐시키는 아무런 완전히 효과적인 방법이 존재하지 않음을 의미한다.
실딩 방법의 또 다른 단점은 기계적 충격 또는 극한 온도 변화에 의해 유발된 실드 디바이스의 임의의 변형이 필드 센서의 상대적인 위치 및 실드에 영향을 줄 수 있다는 것이고, 이것은 반대 방위의 페어에서 동작하는 2개의 센서 필드간의 근거리 필드값의 불균형에 이를 수 있다. 이것은 컴패싱 실패의 결과를 낳는다.
또한, 대부분의 토크 센서 애플리케이션에서, 패키징 스페이스는 한정되어 있고, 많은 경우에 실드 또는 자속 디렉터에 대해 아무런 공간도 존재하지 않는다. 또한, 이러한 성분에 대한 추가된 금융 비용은 적지 않은데, 그 이유는 높은 투자율을 가진 재료가 높은 퍼센트의 니켈을 갖는 경향이 있고, 그 비용은 매우 불안정하다.
상기에 기초하여, 실딩재 또는 자속 디렉터를 사용함 없이 논-토크 종속 자기장의 효과를 효과적으로 상쇄시키기 위한 새롭고 보다 나은 기술이 필요하다. 본 발명은 실딩재 및 자속 디렉팅 디바이스를 사용하지 않고 분산 근거리장으로부터 나온 측정 에러를 효과적으로 제거하거나 최소화하도록 필드 센서를 특별히 배열함으로써 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명은 자기 영역 또는 샤프트에 컨디셔닝된 영역상에 3개 세트의 자기장 센서를 놓음으로써 외부 자기장의 상쇄를 위한 하드웨어 및 소프트웨어에 기초한다. 샤프트상의 자기 영역은 3개의 섹션: (1) 중앙 영역; (2) 우측 영역, 및 (3) 좌측 영역으로 구성되어 있다. 제1 또는 1차 세트의 자기장 센서는 중앙 영역상에 위치되어 있다. 제2 세트의 2차 자기장 센서는 우측 영역상에 위치되어 있다. 제3 세트의 2차 자기장 센서는 좌측 영역상에 위치되어 있다.
이러한 방식으로, 우리는 근거리장 소스와 센서간의 특정 거리 위에, 외부 근거리장 소스로부터의 자기장은 외부 근거리장 소스로부터의 거리와 관련하여 실질상 선형으로 감소된다는 사실을 사용한다. 외부 근거리 필드 소스에 가장 가깝게 배치된 자기장 센서는 가장 큰 근거리장 값을 검출하고, 외부 근거리장 소스로부터 가장 멀리 배치된 자기장 센서는 가장 작은 근거리장값을 검출하고, 중심에 있는 자기장 센서는 가장 먼 세트 및 가장 가까운 세트의 자기장 센서의 평균값을 감지한다. 중앙 영역에서의 자기장 센서는 좌우측 영역에서 자기장 센서에 반대로 감지 극성을 갖는다. 따라서, 중앙 영역에서 1차 자기장 센서에 의해 측정된 근거리장은 좌우측 영역에서 2차 자기장 센서에 의해 측정된 근거리장의 평균값으로부터 동일한 크기이면서 반대 부호를 갖는다. 연관된 전자공학과 조합하여 필드 센서로의 인터커넥트는 좌우측 영역의 값을 평균하여 이러한 평균값을, 반대 극성의 방위를 갖기 때문에, 근거리장 측정 에러의 효과를 효과적으로 상쇄시키는 중심 영역 센서의 값과 합산한다.
근거리장이 상쇄되는 반면, 이러한 3개의 세트의 자기장 센서에 의해 측정된 토크 유도 자기장은 상쇄되지 않는데, 그 이유는 중심 영역의 출력 또는 1차 센서가 좌우측 영역 센서에 대해 공통 모드 측정값이 아니기 때문이다.
상술된 바와 같은 3개의 연속 자화된 영역을 사용하는 것에 더하여, 이러한 필드 센서의 배열은 샤프트상의 임의의 수의 자화된 영역에 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열이 단일 자화된 영역에 적용되면, 중앙 1차 영역에서의 자기장 센서는 단일 영역의 중심에 근접하여 배치된다. 단일 자화된 영역의 좌우측에 위치된 자기장 센서는 오직 근거리장만을 검출하는데, 그 이유는 이러한 2차 센서에 인접하여 자화가 없음으로 인해 토크 유도 자기장이 존재하지 않기 때문이다.
3개의 영역 자화된 샤프트에 대한 적용에서, 중앙 영겨에서의 자기장 센서 및 좌우측 영역에서의 자기장 센서는 근거리장 및 토크 유도 자기장 모두를 측정한다. 이러한 근거리장은 상쇄되고 토크 유도 자기장이 측정된다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 활성 영역으로부터 나오는 토크 종속 자속을 검출하기 위해 원주형으로 자화된 하나 이상의 영역을 갖는 자기탄성 활성 영역을 갖는 토크 센서 및 이것을 사용하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 활성 영역으로부터의 토크 종속 자속을 측정하는 센서로부터의 신호가 토크 센서에 대한 근거리 자기장 소스의 효과를 실질상 제거하도록 보상될 수 있도록 토크 센서에 인접하여 자기장 센서를 배열하는 토크 센서 및 이것을 이용하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
요컨대, 본 발명의 목적 및 장점은 여기에 구현되고 설명된 바와 같이, 상기 토크 센서를 제공하는 단계; 상기 토크의 인가시에 상기 제1 신호를 수신하는 단계; 상기 제2 및 제3 신호를 수신하는 단계; 및 상기 제2 및 제3 신호를 사용하여 상기 제1 신호를 조정하여 상기 근거리 자기장 소스의 효과를 보상하는 단계;를 포함하는, 근거리 장기장 소스에 의해 유발된 토크로부터의 신호내 노이즈 감소 방법에 의해 달성된다. 이러한 토크 센서는, 길이방향으로 뻗은 부재; 상기 멤버의 표면의 일부에 직간접으로 부착되거나 상기 멤버의 표면의 일부를 형성하는 자기탄성 활성 영역으로서, 상기 멤버에 인가된 토크가 상기 활성 영역에 비례적으로 전달되는 방식으로 제1 실질상 원주형 방향으로 자화된 적어도 하나의 영역을 포함하는 상기 자기탄성 활성 영역; 상기 자기탄성 활성 영역으로부터 나오는 토크 종속 자속에 상응하는 제1 신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 영역에 인접하여 배열된 적어도 하나의 1차 자기장 센서; 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제2 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제1 거리만큼 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서; 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제3 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제2 거리만큼 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서;를 포함한다.
도 1은 공기중의 가우스 프로브를 사용하는 축방향을 따라 측정된 알렌 렌치와 연관된 자기장 분포의 그래프,
도 2a는 2개의 영역내의 양 방향으로 원형 자화된 샤프트 및 각 영역에 대한 4개의 자기 센서(이중 2개는 보이지 않는다)의 개략도,
도 2b는 샤프트에 인가된 토크로 인한 외부 자속을 도시하는 도 2a의 샤프트의 개략도,
도 2c는 도 2a의 샤프트 둘레의 보빈의 개략도,
도 2d는 도 2c의 보빈의 단면도,
도 3은 본 발명의 하나의 특징에 따른 공기에서 측정된 공통 모드 리젝션 방식의 근거리장 효과를 도시하는 그래프,
도 4는 본 발명의 공통 모드 리젝션 방법과 새로운 방법 간의 근거리장 효과를 비교하는 그래프,
도 5는 플럭스게이트 센서를 사용하는 샤프트를 따라 측정된 자기장의 축방향 성분에 대한 출력 응답을 도시하는 그래프,
도 6은 근거리장 효과를 상쇄시키도록 본 발명에 따른 샤프트 둘레의 자기장 센서 배치를 도시하는 개략도,
도 7은 단일 영역을 형성하도록 샤프트의 자화를 위한 단일 자석을 도시하는 사시도,
도 8은 3개의 영역을 형성하기 위한해 샤프트의 자화를 위한 3개의 자석을 도시하는 사시도,
도 9는 샤프트가 도 7에 따라 단일 자석을 사용하여 자화될 때 샤프트로부터 발생된 자기장의 축방향 성분을 도시하는 그래프,
도 10은 도 8에 따른 3개의 자석을 사용하여 샤프트가 자화될 때 샤프트로부터 발생된 자기장의 축방향 성분을 도시하는 그래프,
도 11은 도 8에 따른 3개의 자석으로 자화된 샤프트의 감도의 맵핑을 도시하는 그래프,
도 12는 근거리장 효과를 상쇄시키기 위해 본 발명에 따른 단일 영역을 갖는 샤프트 둘레의 자기장 센서의 배치를 도시하는 개략도,
도 13은 근거리장 효과를 상쇄시키기 위해 본 발명에 따른 3개의 영역을 갖는 샤프트 둘레의 자기장 센서의 배치를 도시하는 개략도,
도 14는 오직 4개의 자기장 센서를 사용하는 것과 비교되는 로테이션 시그널 균일성을 향상시키기 위한 샤프트 둘레이의 8개의 자기장 센서(오직 6개만 보인다)의 배치를 도시하는 단일 영역을 갖는 샤프트의 개략도,
도 15는 오직 4개의 자기장 센서를 사용하는 것과 비교되는 로테이션 시그널 균일성을 향상시키기 위한 8개의 자기장 센서의 배치를 도시하는 3개의 영역을 갖는 샤프트의 개략도,
도 16은 원형 방향으로 자기장 센서간에 45도를 갖는 자기장 센서의 배치를 도시하는 3개의 영역을 갖는 샤프트의 개략도,
도 17은 원형 방향으로 자기장 센서간에 45도를 갖는 자기장 센서의 대안의 배치를 도시하는 3개의 영역을 갖는 샤프트의 개략도,
도 18은 샤프트 둘레의 자기장 센서의 배치를 도시하는 2개의 영역을 갖는 샤프트의 사시도, 및
도 19는 도 18의 샤프트의 자기장 맵핑을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명을 위해 기재되었다. 본 발명은 도면에 구체적으로 도시되지 않은 다른 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 도면은 본 발명의 하나 이상의 목적을 달성하고 및/또는 상술된 본 발명의 장점으로부터 파생되는 유익을 수용하도록 시스템을 사용하기 위한 시스템 구조 및 방법에 대하여 기재될 것이다.
미국 특허 제5,520,059호는 트랜스듀서 및 자기장 벡터 센서를 갖는 토크 센서를 기재한다. 이러한 토크 센서는 머신의 일부인 샤프트에 장착되어 있고, 이러한 토크 센서는 중앙 길이방향 축을 따라 회전한다. 크기 T를 갖는 토크가 샤프트의 일부분에서 인가되어 토크 T로 인해 샤프트의 모션이 임의의 유용한 일을 하는 샤프트의 또 다른 부분에 전달된다. 이러한 토크는 샤프트의 가시 단부를 볼 때 시계방향 또는 반시계방향을 가질 수 있지만, 샤프트를 통합하는 머신의 성질에 따라 어느 한 방향 또는 양 방향으로 샤프트를 회전시키도록 인가될 수 있다.
이러한 트랜스듀서는 다수의 방법중 하나로 샤프트에 부착되거나 통합될 수 있고, 샤프트상의 자기탄성이 활성화된 영역을 제공하기 위한 수단으로서 동작한다. 실제, 이러한 트래스튜서는 샤프트의 비틀림 압력의 영역내에 있는 축을 따른 종래의 위치에서 샤프트에 적합하게 부착된 단부면, 내면 및 외면을 가진 원통형 슬리브 또는 링의 형태를 보통 가질 것이고, 샤프의 일체형 및 균일한 부분일 수 있거나, 미국 특허 제6,047,605호에 개시된 바와 같은 샤프트의 나머지보다 상이한 금속야학적 상태를 가짐으로써 구별되는 샤프트의 일체형 및 균일한 부분일 수 있다. 이러한 트랜스듀서에는 종래 프로세싱에 의해, 또는 링 또는 칼라의 경우에, 용이한 축으로서 원주방향을 갖는 효율적인 단일 축형 자기 비등방성을 갖는, 샤프트로의 부착 수단에 대한 부수적인 효과가 부여되어 있다. 또한, 이러한 트랜스듀서는 또한 '059 특허에 몇개가 기술된 임의의 효과적인 방법에 의해 하나 또는 또 다른 원주 방향으로 자기 극성이 부여될 것이다. 요컨대, 이러한 트랜스듀서의 활성 영역은 적어도, (중단된 상태에서) 토크 T의 부재하에서, 축의 방향으로 아무런 순 자화 성분을 갖지 않고 아무런 순 방사형 자화 성분을 갖지 않을 정도까지 실질상 순수한 원주방향으로 자화된다. 따라서, 자화현상이 원래 반대 원형쪽 성분을 갖는 도메인은 실질상 역전되어 모든 도메인은 동일한 극성을 갖는다. 원형 비등방성이 적합하게 지배적이라면, 모든 도메인 자화현상은 원주방향의 최대 플러스 또는 마이너스 45도내에 있게 될 것이고, 샤프트의 부분 또는 링의 충분히 적은 부피내에 대칭적으로 분포되어 아무런 보상되지 않은 외부 자속이 자기장 벡터 센서에 의해 감지되지 않도록 보장할 것이다. 이러한 트랜스듀서의 폐쇄된 원통형상은 온전한 자기 회로를 제공함으로써 트랜스듀서의 극화의 안정성을 강화시킨다.
이러한 트랜스듀서의 구성 및 처리, 구체적으로 활성 영역의 자기탄성 특성으로 인해, 샤프트로 그래서 트랜스듀서의 활성 영역으로의 비트림 스트레스가 적용됨으로 인해 트랜스듀서의 극성을 갖는 자화현상의 재방위지정이 있게 되어 자기 도메인은 주요 스트레스 축과 정렬한다. 극성화된 자화현상은 비틀림 스트레스가 스트레스축이 나선형으로 정렬되도록 한다는 사실로 인해 비틀림 스트레스가 증가함에 따라 점차 나선형이 된다. 트랜스듀서에서의 자화의 나선형 특성은 전송된 토크 T의 크기에 종속되고, 이러한 현상은 전송된 토크의 방향성과 트랜스듀서의 자기탄성 특성에 종속된다. 트랜스듀서의 토션으로부터 유발된 나선형 자화현상은 내부 원주형 성분을 한 방향으로 외부 축방향 성분 및 외부 방사형 성분을 갖는다. 아래에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 축방향 및 방사형 성분은 동일한 자속 경로내에 있다. 즉, 자화의 나선형 특성으로 인해 활성 영역의 하나의 경계에 존재하는 자속이 발생하는데, 이러한 자속은 샤프트의 장축을 따라 외부로 공간을 지나고, 활성 영역의 반대 경계에서 샤프트로 재입력된다. 방사형 및 축방향 성분 모두의 크기는 온전히 트랜스듀서에서의 비트림에 종속되지만 방사형 및 축방향 성분 모두의 자속 방향 또는 극성은 토크가 샤프트에 인가되는 방향에 종속된다는 것은 특히 중요하다.
자기장 벡터 센서는 정지된 원주형 방향으로부터 다소 경사진 나선형 방향으로 극성화되는 자화현상의 재방위지정의 결과로서 트랜스듀서에 주변의 공간에서 발생하는 축방향 및/또는 방사형 필드 성분의 크기 및 극성을 감지하도록 트랜스듀서에 대해 위치되고 방위지정된 자기장 벡터 감지 디바이스이다. 이러한 자기장 벡터 센서는 토크 T의 크기를 반영하는 신호 출력을 제공한다. 이러한 자기장 벡터 센서는 홀 효과, 자기저항, 자기트랜지스터("마그니스터"), 자기다이오드, 또는 MAGFET(자기장 효과 트랜지스터) 필드 센서와 같은 하나 이상의 고체 상태 감지 디바이스를 포함하는 것이 바람직하다. 다른 가능한 필드 센서는 (자화력으로 정의되는) H와 함께 변하는 자기 특성을 갖는 비선형 코어, 마그네토미터, 및 자속 게이트 자력계 및 (자속 둘러싸거나 인접하거나, 가로지르고 시간 변화에 대한 자속의 변화 dΦ/dt에 비례하는 유도 EMF를 갖는) 코일을 포함한다. 하나 이상의 와이어가 자기장 벡터 센거를 직류 또는 교류 전력 또는 여기 신호의 소스에 연결하고, 자기장 벡터 센서의 신호 출력을 샤프트를 통합하는 머신 또는 시스템에 대한 제어 또는 모니터링 회로와 같은 수신 디바이스에 전송한다.
'059 특허는 토크 감지 목적을 위해 사용되는 제1 영역에 반대 원형 방향으로 자화된, 제1 영역에 인접한 (이후로 단순히 "영역"으로 부르는) 하나 이상의 자기탄성적으로 활성화된 영역에 의해 이전의 토크 센서에 의해 보여진 컴패싱 이수를 언급하고 있다. 2개 세트의 자기장 센서는 제1 및 제2 자기 영역에 놓인다. 각 세트에서의 자기장 센서는 또 다른 자기장 센서에 반대의 축방향 극성을 갖는다. 따라서, 균일한 자기장은 자기장 센서의 이러한 반대 배열로 인해 상쇄된다. 불균일한 자기장이 센서 시스템에 인가될 대, 2새 세트의 자기장 센서는 상이한 값의 자기장을 얻게 된다.
도 1에 알렌 렌치로부터 이동됨에 따라 공기중 가우스 프로브를 사용하는 알렌 렌치의 축방향을 따라 측정된 알렌 렌치에 대한 자기장 분포(102)의 그래프(100)가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 알렌 렌치 테일의 표면에서의 자기장은 30 가우스였고, 알렌 렌치 테일로부터의 거리가 증가함에 따라 감소되었다. 따라서, 알렌 렌치는 실질상 선형이 되는 지점에서, 점근선에 도달할 때 비선형으로 감소되는 불균일 자기장 소스를 발한다. 알렌 렌치의 단부가 예를 들어, 1cm 보다 작게 '059 특허의 센서 시스템에 가까와지면, 자기장 센서의 2개의 상이한 세트에 의해 보여지는 자기장에서의 차이는 쉽게 20 가우스 보다 클 수 있다. 영구자석, 솔레노이드 및 자화 강자성체와 같은 자기장 소스는 공기에서 유사한 자기장 프로필을 나타내고 2개의 상이한 세트의 자기장 센서에 유사한 효과를 갖는다.
도 2a에는, 2개의 영역(204,206)에 각각 화살표 A, B로 도시된 바와 같이, 양 방향으로 원형 자화된 샤프트(202)의 개략도가 도시되어 있다. 샤프트(202)는 솔리드 또는 중공형일 수 있고, 적어도, 2개의 영역(204,206)의 영역에서 동종인 것이 바람직하다. 영역(204, 206)의 각각은 샤프트(202)의 표면 둘레 위에 서로 대략 동일한 거리로 배열된 4개의 자기장 센서를 포함한다. 즉, 자기장 센서(L1, L2, L3, L4)(도시되지 않음)가 영역(204)의 둘레에 배열되어 있고, 자기장 센서(R1, R2, R3, R4)(도시되지 않음)가 영역(206) 둘레에 배열되어 있다. 각 센서는 화살표 방향에 상응하는 샤프트(202)로부터 발산되는 자기장의 극성을 검출하기 위해 각 화살표(l1, l2, l3, l4, r1, r2, r3, r4)에 의해 도시된 바와 같이 배열될 수 있다.
도 2a는 미국 특허 제5,520,059호에 개시된 센서 시스템을 나타낸다. 반대 원형 방향을 갖는 2개의 자기 영역(204, 206)은 샤프트에 인코딩되어 있다. 재료 조성 또는 금속야학적 상태 및 다른 팩터의 이종성으로 인해 나타날 수 있는, 샤프트(202)가 회전함에 따라 관찰되는 원치않은 회전 불균일 자기장을 평균화하기 위해 각 영역과 연관된 4개의 자기장 센서가 있다. 이러한 각 자기 영역상의 자기장 센서는 또 다른 센서에 대해 반대 축방향 극성을 가져서 축방향을 따른 균일한 자기장은 상쇄될 수 있다. 지구의 자기장과 같은 원거리 자기장은 미국 특허 제5,520,059호에 제안된 바와 같이 공통 모드 리젝션 방식을 생성하도록 반대 방위를 가진 자기장 센서를 페어링함으로써 용이하게 상쇄시킬 수 있다. 그러나, 이전에 언급한 바와 같이, 이러한 배열은 도 1에 도시된 바와 같은 자기 근거리 자기장의 불균일하고 짧은 범위의 성질로 인해 근거리 자기장을 용이하게 제거할 수 없다.
도 2b는 샤프트(202)에 인가된 비틀림 부하에 의해 유발된 외부 자속을 도시하는 도 2a의 샤프트(202)의 개락도이고, 외부 자속은 방사형 성분(208) 및 축방향 성분(210)으로 기술될 수 있다. 도 2c는 (도 2d에 가장 도시된 바와 같이) 샤프트(202)의 표면상의 고정된 위치에서 자기장 센서(R1, R3, L1, L2)를 홀딩하기 위해 다른 것들중에, 사용되는 샤프트(202) 둘레의 보빈(212)의 대략적인 사시도이다.
도 3에, 샤프트 없이 보빈(212)에 장착된 센서로 측정되는 도 2a에 도시된 공통 모드 리젝션 방식의 근거리장 효과를 설명하는 그래프(300)가 도시되어 있다. Y축 값은 측정된 자기장 크기를 나타내는 센서 인터페이스 전자장치의 전압 출력을 나타낸다. 근거리장 소스는 우측으로 이동되었고, 보빈(212)의 축과 정렬되어 있어 근거리장 효과를 나타낸다. 그래프(300)에서, 상술된 자화 알렌 렌치는 근거리장 효과를 시뮬레이팅하도록 사용되어 있다. 라인(302)(정사각형 심볼)은 자기장 센서(R1, R2, R3, R4)에 의해 취해진 자기 근거리장 신호를 나타낸다. 라인(304)(삼각형 심볼)은 자기장 센서(L1, L2, L3, L4)에 의해 취해진 자기 근거리장 신호를 나타낸다. 라인(306)(원형 심볼)은 라인(302)과 라인(304)의 값 사이의 차이다. 라인(306)은 공통 모드 리젝션 방식이 자기장 센서에 가깝게 위치된 근거리장 소스를 차단할 수 없음을 나타낸다.
그래프(300)에 도시된 바와 같이, 자기장 센서(R1, R2, R3, R4)에 의해 볼 수 있는 신호는 자기장 센서(L1, L2, L3, L4)에 의해 볼 수 있는 신호 보다 강하다. 그 이유는 근거리장 소스(알렌 렌치)는 보빈(212)의 우측에 위치되어 자기장 센서(R1, R2, R3, R4)에 보다 더 가깝기 때문이다. 라인(302)과 라인(304) 사이의 반대 신호는 자기장 센서(R1, R2, R3, R4)와 자기장 센서(L1, L2, L3, L4)의 반대 축방향 극성을 때문이다. 좌우측 자기장 센서가 동일한 크기의 근거리장을 보인다면, 2개 세트의 자기장 센로부터의 신호의 합은 제로이어야 하고, 이것은 근거리 자기장 효과를 제거한다. 그러나, 우측 대 좌측 센서 출력의 최종 언밸런스를 도시하는 라인 306에 의해 도시된 바와 같이, 이것은 그러한 경우가 아니다.
도 4에, 현재 사용되는 공통 모드 리젝션 방법, 보빈(212)의 외표면을 둘러싸고 포함하는 튜브형 실드가 추가된 현재 사용되는 공통 모드 리젝션 방법 그리고 본 발명에 따른 방법간의 근거리장 효과를 비교하는 그래프(400)가 도시되어 있다. 각각의 경우에, 센서 어레이를 홀딩하는 보빈(212)만이 설명을 위해 사용되었다. 즉, 아무런 샤프트도 존재하지 않았다. Y축 값은 측정된 자기장 세기를 나타내는 센서 인터페이스 전자장치의 전압 출력을 나타낸다. 근거리장 소스는 우측으로 이동되었고, 보빈(212)의 축과 정렬되었다. 그래프(400)에서, 라인(402)(사각형 심볼)은 실드 없는 종래의 공통 모드 리젝션 방법을 나타낸다. 라인(404)(삼각형 심볼)은 Fe-Si 고투자율의 재료로부터 제조된 종래의 원통형 개방 튜브 실드에 의한 공통 모드 리젝션 방법을 나타낸다. 라인(406)(원형 심볼)은 본 발명에 따른 공통 리젝션 방법을 나타낸다. 그래프(400)에서 도시된 바와 가팅, 실드를 사용하면 근거리장의 상쇄 효과를 향상시지만, 특히 근거리장 소스가 센서 어레이를 포함하는 보빈(212)에 가까울 때 방대한 양의 간섭 자기장이 여전히 나타나게 된다. 라인(406)에 의해 도시된 바와 같이, 근거리장 효과의 상쇄에서의 통계적으로 상당한 향상이 본 발명의 방법에 의해 달성되었다.
다시 도 1에서, 라인(102)에 의해 나타난 근거리장 소스의 자기장은 선형으로 구분적으로 감소되는 것을 생각될 수 있다. 도 1의 측정은 가우스 프로브를 사용하여 수행되었다. 아무런 높은 투자율의 재료가 렌치 및 가우스 프로브 주위에 위치되지 않았다. 자기장 소스가 연자성체로 만들어진 원통형 샤프트의 단부와 접촉될 때, 샤프트의 표면상의 자기장은 플럭스게이트 센서를 사용하여 샤프트를 따라 측정된 자기장의 축방향 성분에 대한 출력 응답의 그래프(500)인 도 5에 도시된 바와 같이 자기장 소스의 접촉점으로부터의 자기장에서의 광범위한 선형 감소를 나타낸다. 이러한 경우에, 도 1의 자화된 알렌 렌치는 샤프트의 단부와 접촉한다. 자기장은 플럭스게이트 센서 코일을 사용하여 측정되었다. 최대 감도의 축인 센서 코일의 장축은 샤프트의 원통형 축과 평행하고 이러한 코일은 샤프트의 표면으로부터 약 1mm 오프셋되었다. 기준 위치에서의 플럭스게이트 센서 코일로부터의 스캔 및 출력 전압의 기준 위치는 (0,0)으로 설정되었다. 스캔의 기준 위치와 엔드 위치간의 거리는 2.5cm이었다. 따라서, 거리 0에서의 라인(502)에 대한 스타팅 포인트는 근거리장 소스로부터 멀고 거리 2.5에서 근거리장 소스에 접근한다. 플럭스게이트 센서가 근거리장 소스에 보다 가깝게 이동함에 따라, 시그널은 선형으로 증가한다. 라인(502)에 도시된 이러한 선형 동작은 샤프트(202)내에 발산 자기장을 제한하는 고투자율 재료 때문에 발생한다.
도 6에는, 1차 자기장 센서(C1, C2) 및 2차 자기장 센서(R, L)이 본 발명에 따라 샤프트(602) 둘레에 배열되어 근거리 장기장 소스(604)로부터 근거리장 효과를 상쇄시키는 개략도가 도시되어 있다. 이러한 2개의 1차 자기장 센서(C1, C2)는 샤프트(602)의 2개의 단부에 대해 샤프트(602)의 중심의 거의 가까운 샤프트(602)의 표면상에 배열되어 있다. 하나의 2차 센서 코일(R)이 샤프트(602)의 우측에 보다 가까운 샤프트(602)의 표면상에 배열되어 있다. 하나의 2차 센서 코일(L)은 샤프트(602)의 좌측에 보다 가까운 샤프트(602)의 표면상에 배열되어 있다.
근거리장 소스(604)는 도시된 바와 같이, 샤프트(602)의 우측에 위치되어 있다. 이것은 샤프트(602)의 단부와 접촉할 수 있다.
샤프트(602)는 자기적으로 컨디셔닝되어 있지 않다. 따라서, 자기장 센서(C1, C2, R, L)은 근거리장 소스(604)에 의해 생성된 자기 근거리장만을 본다. 이러한 샤프트의 길이방향을 따른 자기장의 크기의 프로필은 점선(606)과 같고, 도 5에 도시된 바와 같이, 좌측으로부터 우측으로 선형 증가한다.
표 1은 근거리장 소스(604)로부터의 자기장으로 인해 4개의 센서(C1, C2, R, L)에 의해 보여진 근거리장 효과의 계산을 보여주고 있다. 센서 R에 의해 보여진 근거리장의 크기는 모든 필드 센서에 의해 보여진 크기보다 큰데, 그 이유는 센서 R이 근거리장 소스(604)에 물리적으로 가장 가깝기 때문이다. 센서 L에 의해 보여진 근거리장의 크기는 모든 필드 센서에 의해 보여진 크기보다 작은데, 그 이유는 근거리장 소스(604)로부터 물리적으로 가장 멀기 때문이다. 필드 센서 R과 C1 또는 C2 사이의 거리가 및 필드 센서 L과 C1 또는 C2 사이의 거리가 동일하다면, 표 1에 도시된 바와 같이 근거리장 분포표를 만들 수 있다. 표 1의 예에서, 최대 측정값은 설명을 위해 3개의 일반적인 유닛으로 정규화된다. 표 1에 도시된 순 근거리장 효과값의 실제 계산은 산술 논리 유닛(ALU; 608)에 의해 실행될 수도 있다.
근거리장 효과 계산
포지션 근거리장 값 코일에 보여진 근거리장 값 순 근거리장 효과
C1 2 2
0
C2 2 2
R 3 -3
L 1 -1
이제 사시도가 도시된 도 7 및 도 8에서, 하나의 경우에, 단일 자석(704)이 샤프트(702)를 잔류 자화 또는 컨디셔닝하도록 사용되어, 원주 자화를 갖는 단일 영역(706)을 형성하고, 또 다른 경우에, 자석(804a, 804b, 804c)가 샤프트(802)를 잔류 자화하거나 컨디셔닝하도록 사용되어 3개의 영역(806, 808, 810)을 형성한다. 중심 자석(804b)의 자화의 방향은 또 다른 2개의 자석(804a, 80c)과 반대이다. 따라서, 중앙 영역(808)내의 원주 자화의 방향은 화살표 방향에 표시된 바와 같이, 영역(806, 808)에서의 원주 자화와 반대이다.
도 9는 샤프트(702)가 도 7에 다라 단일 자석(704)을 사용하여 자화되고 일부 노미널 양의 토크가 샤프트에 인가되어 토크 종속 자기장을 생성할 때 샤프트(702)로부터 발생하는 자기장의 축방향 성분을 도시하는 그래프(900)이다. 도 10은 샤프트(802)가 도 8에 따라 3개의 자석(804a, 804b, 804c)을 사용하여 자화되고 일부 노미널 양의 토크가 샤프트에 인가되어 토크 종속 자기장을 생성할 때 샤프트(802)로부터 발생하는 자기장의 축방향 성분을 도시하는 그래프(1000)이다. 도 9 및 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 샤프트(702, 802)로부터 나오는 자기장의 축방향 성분의 자기 프로필은 형상이 대칭이다.
이제 도 11을 보면, 토크 T가 샤프트(802)에 인가된, 도 8에 따라 샤프트(802)가 3개의 자석(804a, 804b, 804c)으로 자화된 후에 샤프트(802)의 감도의 맵핑의 그래프(1102)가 도시되어 있다. 라인(1102)의 센터는 중심 영역(808)으로부터 발생하는 토크 종속 필드에 상응하는 포지티브 레벨의 감도를 도시한다. 2개의 네가티브 레벨의 감도는 중심 영역(808)의 것과 반대 극성으로 원주 자화된 좌우측 영역(806, 810)에 상응한다.
자기장 센서는 최대 토크 유도 자기장이 보여지도록 그래프(1102)에 도시된 바와 같이 피크 포지티브 레벨의 감도에 상응하는 포지션에서 샤프트(802) 둘레에 배열되어 있다. 만약, 본 발명의 적용에서, 공간 제한 또는 기하학적으로 관련되어 있다면, 좌우측으로의 하나 이상의 필드 센서는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 일부 손실의 센서 감도를 가진 피크 포지티브 레벨의 감도로부터 떨어져 위치될 수 있다.
도 12는 근거리장 소스(1204)로부터의 근거리자기장 효과를 상쇄시키기 위한 배열인, 본 발명에 따른 단일 영역(1206)을 갖고 있는 샤프트(1202) 둘레의 자기장 센서(C1, C2, R, L)의 배치를 도시하는 개략도이다. 샤프트(1202)는 단일 자석(도시되지 않음)으로 자기 컨디셔닝되어 있어서, 샤프트(1202)에 잔류 원주 자화를 갖는 영역(1206)을 형성한다.
샤프트(1202)의 중심 근방의 1차 자기장 센서(C1, C2)는 영역(1206)으로부터의 토크 유도 자기장 및 근거리장 소스(1204)로부터의 근거리자기장을 측정한다. 샤프트(1202)의 좌우측의 2차 자기장 센서(R,L)는 각각 근거리자기장만을 측정하는데, 그 이유는 이러한 필드 센서가 배열되는 샤프트(1202)의 영역에 아무런 자기 영역도 존재하지 않기 때문이다. 표 2는 당업자에게 주지된 적합한 산술 논리 유닛 회로 및/또는 소프트웨어 엘리먼트의 사용에 의해 구현될 수 있는, 도 12의 4개의 필드 센서(C1, C2, R, L)에 의해 보여지는 근거리 자기장 효과 및 토크 유도 자기장의 계산을 도시한다. 이러한 원치 않는 근거리장은 상쇄되고, 오직 영역(1206) 근방의 1차 필드 센서(C1, C2)에 의해 감지되는 토크 유도 자기장만이 남는다. 표 2의 예에서, 최대 측정값은 설명을 위해 3개의 일반적인 유닛으로 정규화되어 있다. 표 2에 도시된 순 근거리장 효과 값 및 순 토크 유도 필드 값의 실제 계산은 (예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이) 산술 논리 유닛(ALU)에 의해 실행될 수도 있다.
3개의 영역에 대한 자기장 효과 계산
포지션 근거리장 값 코일에 의해 보여진 근거리장값 순 근거리장 효과 토크 유도 필드값 코일에 의해 보여진 토크 유도 필드 값 순 토크 유도 필드값
C1 2 2
0

 T T
2T
C2 2 2 T T
R 3 -3 0 0
L 1 -1 0 0
도 13은 근거리장 소스(1304)로부터의 근거리장 효과를 상쇄시키기 위한 배열인, 본 발명에 따른, 3개의 자화 영역(1306, 1308, 1310)을 갖는 샤프트(1302) 둘레의 1차 자기장 센서(C1, C2) 및 2차 자기장 센서(R, L)의 배치를 도시하는 개략도이다. 샤프트(1302)는 3개의 자석(도시되지 않음)을 사용하여 자기 컨디셔닝되어, 샤프트(1302)에 잔류 원주 자화를 갖는 영역(1306, 1308, 1310)을 형성한다.
1차 자기장 센서(C1, C2)는 중심 영역으로부터 나오는 토크 유도 자기장 및 근거지 자기장을 측정한다. 2차 필드 센서(R, L)는 샤프트(1302)의 좌우측에서, 이러한 위치에서의 근거리장은 물론, 각각 샤프트의 좌우측으로부터 나오는 토크 유도 자기장을 측정한다. 2차 필드 센서(R, L)에 의해 측정된 근거리 자기장이 (1차 필드 센서(C1, C2)가 반대 방위를 갖기 때문에) 1차 필드 센서(C1, C2)에 의해 측정된 근거리 자기장에 의해 상쇄되지만, 필드 센서(C1, C2)에 의해 보여진 토크 유도 자기장이 2차 필드 센서(R, L)에 의해 측정된 값에 의해 상쇄되지 않는다. 실제로, 토크 유도 자기장은 중심 영역(1308)과 영역(1306, 1310) 사이의 반대 극성의 자화로 인해 더해지는 성질을 갖는다. 표 3은 당업자에게 주지된 적합한 산술 논리 회로 및/또는 소프트웨어 엘리먼트를 사용함으로써 구현될 수 있는, 도 13의 4개의 필드 센서(C1, C2, R, L)에 의해 보여진 토크 유도 자기장 및 근거리 자기장 효과의 계산을 도시한다. 이러한 원치 않는 근거리 자기장은 상쇄되고, 토크 유도 자기장만이 중심 영역(1308)에서 1차 필드 센서(C1, C2)에 의해 보여진다. 사이드 영역(1306, 1310)으로부터 나오는 토크 유도 자기장은 2차 필드 센서(R, L)로부터의 값을 더함으로써 더블링된다. 표 3의 예에서, 최대 측정값은 설명을 위해 3개의 일반적인 유닛으로 정규화된다. 표 3에 도시된 순 근거리장 효과값 및 순 토크 유도 필드값의 실제 계산은 (예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이) 산술 논리 유닛(ALU)에 의해 실행될 수도 있다.
3개의 영역에 대한 자기장 효과 계산
포지션 근거리장 값 코일에 의해 보여진 근거리장값 순 근거리장 효과 토크 유도 필드값 코일에 의해 보여진 토크 유도 필드 값 순 토크 유도 필드값
C1 2 2
0

 T T
4T
C2 2 2 T T
R 3 -3 -T T
L 1 -1 -T T
도 14는 오직 4개의 필드 센서만을 사용하는 것과 비교되는 필드 센서에 의해 보여지는 자기장의 회전성 시그널 균일성을 향상시키기 위해 샤프트(1402) 둘레에 8개의 필드 센서(도직 6개만이 보인다) 의 배치를 도시하는 단일 영역(1404)을 갖는 샤프트(1402)의 개략도이다. 1차 자기장 센서(C1, C2, C3, C4)(도시되지 않음)는 샤프트의 둘레에 그리고 샤프트의 표면 위에 서로로부터 대략 등거리로 그리고 대략 영역(1404)의 중심에 배열되어 있다. 2차 필드 센서(R1, R2)의 페어 및2차 필드 센서(L1, L2)의 페어(도시되지 않음)는 샤프트(1402)의 길이방향으로 필드 센서(C1, C2, C3, C4)로부터 대략 동일한 거리로 이격되어 있다.
마찬가지로, 도 15는 오직 4개의 필드 센서를 사용하는 것과 비교하여 필드 센서에 의해 보여진 자기장의 회전성 시그널 균일성을 향상시키기 위해 샤프트(1502)의 중심 영역(1506) 둘레의 1차 필드 센서(C1, C2, C3, C4; 도시되지 않음), 샤프트(1502)의 우측 영역(1508) 둘레의 2개의 2차 필드 센서(R1, R2), 및 샤프트(1502)의 좌측 영역(1504) 둘레2개의 2차 필드 센서(L1, L2)(도시되지 않음)의 배치를 도시하는 3개의 영역(1504, 1506, 1508)을 갖는 샤프트(1502)의 개략도이다.
도 16은 원주 방향으로 필드 센서(1610, 1612, 1614, 1616)간의 45도로 배치된 필드 센서를 도시하는 3개의 영역(1604, 1606, 1608)을 갖는 샤프트(1602)의 개략도이다. 도 17은 원주 방향으로 필드 센서간에 45도로 대안으로 배치된 필드 센서(1610, 1612, 1614, 1616)를 도시하는 3개의 영역(1604, 1606, 1608)를 갖는 샤프트(1602)의 개략도이다. 필드 센서(1610, 1612, 1614, 1616)는 원주 방향을 따라 가깝게 위치되어 필드 센서는 샤프트의 반대(후방)측에서 근거리 자기장을 회피할 수 있다(근거리 소스는 도시되지 않았다). 이러한 방식은 또한 샤프트(1602)가 온전한 회전이 아닌 한정각도를 회전할 필요가 있다면 회전성 시그널 균일성을 강화시킬 수도 있다. 필드 센서(1610, 1612, 1614, 1616)는 균일장을 갖는 샤프트(1602)의 부분 근방에만 위치될 수 있고, 불균일한 필드를 갖는 샤프트(1602)의 부분으로부터 회전성 신호를 보지 않는다. 이러한 실시예는 플랫 또는 키웨이 섹션이 존재하는 경우에서와 같이 샤프트가 원주형 대칭이 아니라면 요구될 수도 있다.
각 영역으로부터 나오는 토크 종속 필드가 방사형 성분 및 축방향 성분 모두를 갖고 있기 때문에, 본 발명의 다른 실시예는 또한 외부 기원의 방사방향의 자기장은 물론 토크 종속 필드의 방사형 성분을 검출하도록 배열되고 위치된 필드 센서의 사용에 의해 실현될 수도 있다.
물론, 근거리장 간섭 소스가 감지 영역에 보다 가까울 수록, 간섭 필드의 크기는 센서 위치의 축방향 신장부에서 보다 더 비선형이 될 것이고, 이것은 근거리장 소스로 인해 노이즈의 상쇄를 제공하는데 있어 필드 센서의 효율을 감소시킬 수 있다.
반대로, '059 특허에 구현된 영역들이 바로 인접하여 있기 때문에 이들은 단일 포인트 측정의 것을 보다 가깝게 반영하고, 이것은 높은 분산 "노이즈" 필드의 존재하에서 에러에 매우 취약하다. 이것은, 간섭 필드가 샤프트의 어느 하나의 단부에서 나온다면 2개의 감지 영역의 최근방에 두드러지게 영향을 줄 것이고, 다시 이것은 측정 바이어스를 유발하는 에러를 발생시킨다는 사실과 관련되어 있다. 자기 영역의 크기는 상이한 애플리케이션에서 변할 수 있다. 또한, 필드 센서의 수는 상이한 애플리케이션에 따라 변할 수 있다.
본 발명은 특별히 샤프트의 축방향을 통해 전달되는 근거리장에 대해, '059 특허에서 개시한 종래 기술의 듀얼 영역, 듀얼 센서 어레이 공통 모드 리젝션 방식다 보다 효율적으로 근거리장을 상쇄시키는데, 그 이유는 반대로 자화된 영역의 각각 근방에 배치된 필드 센서가 상이한 크기의 근거리장을 경험하기 때문이다. 근거리장 소스에 보다 가깝게 위치된 필드 센서 코일은 근거장 소스로부터 떨어져 위치된 필드 센서보다 보다 큰 크기의 거리장을 감지한다. 공통 모드 리젝션 방식에서의 쌍을 이룬 필드 센서간의 전형적인 이격은 대략 2cm이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 2츠 떨어진 2개의 포인트 사이의 신호차는 측정되는 참 토크값에 상당히 영향을 줄 만큼 매우 크다. 토크 감지 샤프트를 둘러싸는 원통형 튜브 형상내의 실드 디바이스를 사용한다할 지라도 샤프트의 축방향을 통해 전달되는 근거리장을 감쇠시킬 수 없다.
따라서, 본 발명은 근거리장 신호를 상쇄시키도록 샤프트를 따라 필드 센서의 배열에 의해 샤프트를 통해 전달되는 강한 근거리장의 효과를 제거시킨다. 샤프트 또는 영역의 중심에서의 1차 필드 센서는 중심 필드 센서의 어느 한 측상의 2차 필드 센서에 대해 반대의 방위를 갖는다. 우측 센서 코일과 중심 센서 코일로부터의 거리 및 좌측 센서 코일과 중심 센서 코일로부터의 거리는 동일하거나 대략 동일한 것이 바람직하다. 근거리장 소스로부터의 샤프트의 축방향을 따른 근거리장의 선형 감소로 인해 표 1,2,3에서 볼 수 있는 바와 같이, 센서 어레이는 근거리장 효과를 상쇄시킨다.
따라서, '059 특허의 디바이스에 대한 본 발명의 장점은 다양한 근거리장 소스를 다르는 효율적인 능력에 있다. '059 특허에서, 실딩 디바이스에 의해 보호된 다할지라도 근거리장 소스와 접촉하고 있거나 근거리장 소스에 가깝게 위치된 샤프트를 통해 전달되는 근거리장과 같은 근거리장 효과를 제거하는 아무런 기능도 없다. 근거리장 소스에 보다 가깝게 위치된 페어중 하나의 필드 센서는 또 다른 필드 센서보다 보다 큰 근거리 자기장 레벨을 관측하여, 쌍을 이룬 필드 센서간의 언밸런싱된 신호 출력이 산출되어 참 토크 유도 신호를 상당히 변화시킨다.
본 발명의 대안의 실시예는 크기가 근거리장 소르로부터 선형으로 감소하는 근거리장 시나리오뿐만 아니라, 크기가 근거리장 소스로부터 비선형으로 감소하는 근거리장 시나리오까지 제거한다. 후자의 근거리장 시나리오는 샤프트의 활성 영역 및 상응하는 센서 어레이가 플랜지, 베어링, 또는 심지어 보다 큰 직경을 갖는 샤프트 섹션과 같은 강자성체 구조에 보다 인접하고(강자성 비대칭) 우측 필드 센서 또는 좌측 필드 센서 어느 하나가 이러한 강자성체 비대칭에 인접할 때 발생할 수 있다. 이러한 상황에서, 간섭 필드는 비대칭 강자성체 구조에 가깝게 위치된 필드 센서로의 근거리장 효과를 증가시키는 강자성체 비대칭의 가까운 존재로 인해 근거리장 효과를 비선형으로 변화시키는 것으로 나타난다.
간섭 필드의 이러한 타입의 비선형 특성을 보상하기 위해, 좌우측 2차 센서가 중심 1차 센서로부터의 거리의 비대칭에 상응하여 위치된다. 예를 들어, 간섭 필드가 도 1의 곡선에 도시된 바와 같이 실질상 선형이 될 정도로 필드 센서로부터 멀리 떨어져 위치된 강자성체 비대칭의 존재 없이, 중심 센서간의 거리 및 각 좌우 센서는 동일하다. 하지만, 강자성체 비대칭이 좌우 센서 어느 하나에 인접하여 위치된 이러한 대안의 실시예에서, 강자성체 비대칭과 가장 가깝게 위치된 센서와 중심 센서간의 거리는 중심 1차 센서와 강자성체 비대칭으로부터 가장 멀리 떨어져 위치된 2차 센서간의 거리에 비하여 어느 정도 감소된다. 중심 1차 센서로부터의 하나의 아웃보드 2차 센서 어레이의 또 다른 아웃보드 2차 센서 어레이에 대한 거리를 바이어싱함으로써, 이들의 평균 출력값은 중심 센서에 의해 보여진 간섭 필드의 크기의 합리적인 근사화를 제공하는 방식으로 실제 가중치 부여된다. 좌우 센서의 최적 포지션은 간섭 필드 강도가 중심 센서 어레이 위치에서 무엇인지의 정확한 근사치를 산출하는 가중치부여된 평균 필드 측정값을 제공하도록 아웃보드와 중심 센서간의 필요한 바이어싱 거리가 무엇인지를 결정하도록 컴퓨터 모델링을 통해 시뮬레이션 및/또는 샤프트의 축방향을 따른 실체 간섭 필드를 측정하고 맵핑함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 이전 실시예의 각각에서, 센서는 토크 종속 자기장의 축방향 성분을 측정하는 방식으로 방위를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 18에 도시된 바와 같이, 2차 센서(R1, R2), 1차 센서(C1, C2, C3, C4(도시되지 않음)) 및 2차 센서(L1, L2(역시 도시되지 않음))는 샤프트(1802)의 표면에 수직인 방위를 가질 수 있어서, 활성 영역의 극간 자속 경로의 형상으로 인해 보다 높은 자속에 의해 나타나는 토크 종속 필드의 방사형 성분을 측정한다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 보다 높은 감도가 요구되거나, 자기 컨디셔닝된 영역이 개별적인 자기장 센서의 길이에 대해 좁은 경우에 보다 적합할지도 모른다. 방사형 자기장 성분 측정치는 도 18에 도시된 바와 같이 2개의 반대 극성화된 영역간의 경계(1804)에서 그리고 활성 영역의 반대 극성화된 자기 영역의 각각의 중간에서 배치된 코일을 갖는 종래 기술 '059에 개시된 듀얼 영역 자기 컨디셔닝된 영역을 사용함으로써 실행될 수 있다.
개시된 발명의 특정 바람직한 실시예가 여기에 기술되어 있지만, 당업자에게 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 본 발명의 여기에 도시되고 설명된 다양한 실시예의 변형 및 수정이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 적용가능한 규칙에 의해서 요구되는 범위를 포함하도록 의도되었다.

Claims (50)

  1. 근거리 자기장 소스에 의해 유발된 토크로부터의 신호내 노이즈 감소 방법으로서,
    토크 센서를 제공하는 단계로서,
    길이방향으로 뻗은 부재;
    상기 부재의 표면의 일부에 직간접으로 부착되거나 상기 부재의 표면의 일부를 형성하는 자기탄성 활성 영역으로서, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 활성 영역에 비례적으로 전달되는 방식으로 제1 원주형 방향으로 자화된 적어도 하나의 영역을 포함하는 상기 자기탄성 활성 영역;
    상기 자기탄성 활성 영역으로부터 나오는 토크 종속 자속에 상응하는 제1 신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 영역에 인접하여 배열된 적어도 하나의 1차 자기장 센서;
    상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제2 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제1 거리만큼 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서;
    상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제3 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제2 거리만큼 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 상기 토크 센서를 제공하는 단계;
    상기 토크의 인가시에 상기 제1 신호를 수신하는 단계;
    상기 제2 및 제3 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 및 제3 신호를 사용하여 상기 제1 신호를 조정하여 상기 근거리 자기장 소스의 효과를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기장 센서는 벡터 센서인 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 벡터 센서는 홀 효과, 자기저항, 자기트랜지스터, 자기다이오드 또는 MAGFET 필드 센서중 하나인 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부재는 온-로드 또는 오프-로드 차량, 배, 또는 산업 프로세스에 통합된 샤프트인 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 동일한 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 자기장의 크기는 상기 부재의 축방향으로 상기 근거리 자기장 소스로부터 선형으로 감소하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 상이한 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 자기장의 크기는 상기 부재의 축방향으로 상기 근거리 자기장 소스로부터 비선형으로 감소하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 상기 제2 및 제3 신호의 평균이 복수의 1차 자기장 센서의 위치에 존재하는 주위 자속의 값에 근접하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서의 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서의 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 자기장 센서 4개 모두는 상기 부재의 일측에 그리고 상기 부재의 반대측상의 근거리 자기장 소스와 반대에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 자기탄성 활성 영역은 2개의 축방향 이격된 영역을 포함하고, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 자기탄성 활성 영역에 비례하여 전달되는 방식으로 상기 2개의 축방향 이격된 영역중 제1 영역은 제1 원주형 방향으로 자화되고 또 다른 영역은 상기 제1 원주형 방향과 반대인 제2 원주형 방향으로 자화되고,
    상기 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 상기 자기탄성 활성 영역중 하나에 인접하고,
    상기 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 또다른 자기탄성 활성 영역에 인접한 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서중 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서중 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 자기탄성 활성 영역은 3개의 축방향 이격된 영역을 포함하고, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 자기탄성 활성 영역에 비례하여 전달되는 방식으로 중간 영역은 제1 원주형 방향으로 자화되고 외부 영역은 상기 제1 원주형 방향에 반대인 제2 원주형 방향으로 자화되고,
    상기 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 상기 외부 영역중 하나에 인접하고,
    상기 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 또 다른 외부 영역에 인접한 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서의 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서의 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 자기장 센서 4개 모두는 상기 부재의 일측에 그리고 상기 부재의 반대측상의 근거리 또는 원거리 자기장 소스와 반대에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 영역간의 각 경계에서 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 노이즈 감소 방법.
  26. 길이방향으로 뻗은 부재;
    상기 부재의 표면의 일부에 직간접으로 부착되거나 상기 부재의 표면의 일부를 형성하는 자기탄성 활성 영역으로서, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 활성 영역에 비례적으로 전달되는 방식으로 제1 원주형 방향으로 자화된 적어도 하나의 영역을 포함하는 상기 자기탄성 활성 영역;
    상기 자기탄성 활성 영역으로부터 나오는 토크 종속 자속에 상응하는 제1 신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 영역에 인접하여 배열된 복수의 1차 자기장 센서;
    근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제2 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제1 거리만큼 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서;
    상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 주위 자속에 상응하는 제3 신호를 출력하기 위한 복수의 1차 자기장 센서로부터 사전결정된 제2 거리만큼 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서; 및
    상기 제2 및 제3 신호를 사용하여 상기 제1 신호를 조정하여 상기 근거리 자기장 소스의 효과를 보상하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  27. 제26항에 있어서, 상기 자기장 센서는 벡터 센서인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  28. 제27항에 있어서, 상기 벡터 센서는 홀 효과, 자기저항, 자기트랜지스터, 자기다이오드 또는 MAGFET 필드 센서중 하나인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  29. 제26항에 있어서, 상기 부재는 온-로드 또는 오프-로드 차량, 배, 또는 산업 프로세스에 통합된 샤프트인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  30. 제26항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 동일한 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  31. 제26항에 있어서, 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 자기장의 크기는 상기 부재의 축방향으로 상기 근거리 자기장 소스로부터 선형으로 감소하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  32. 제26항에 있어서, 상기 근거리 자기장 소스로부터 나오는 자기장의 크기는 상기 부재의 축방향으로 상기 근거리 자기장 소스로부터 비선형으로 감소하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  33. 제32항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 상기 제2 및 제3 신호의 평균이 복수의 1차 자기장 센서의 위치에 존재하는 주위 자속의 값에 근접하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  34. 제26항에 있어서, 상기 사전결정된 제1 및 제2 거리는 상이한 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  35. 제26항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  36. 제35항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서의 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서의 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  37. 제35항에 있어서, 상기 자기장 센서 4개 모두는 상기 부재의 일측에 그리고 상기 부재의 반대측상의 근거리 자기장 소스와 반대에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  38. 제26항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  39. 제26항에 있어서, 상기 자기탄성 활성 영역은 2개의 축방향 이격된 영역을 포함하고, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 자기탄성 활성 영역에 비례하여 전달되는 방식으로 상기 2개의 축방향 이격된 영역중 제1 영역은 제1 원주형 방향으로 자화되고 또 다른 영역은 상기 제1 원주형 방향과 반대인 제2 원주형 방향으로 자화되고,
    상기 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 상기 자기탄성 활성 영역중 하나에 인접하고,
    상기 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 또다른 자기탄성 활성 영역에 인접한 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  40. 제39항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  41. 제40항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서중 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서중 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  42. 제39항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  43. 제39항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  44. 제40항에 있어서, 상기 자기탄성 활성 영역은 3개의 축방향 이격된 영역을 포함하고, 상기 부재에 인가된 토크가 상기 자기탄성 활성 영역에 비례하여 전달되는 방식으로 중간 영역은 제1 원주형 방향으로 자화되고 외부 영역은 상기 제1 원주형 방향에 반대인 제2 원주형 방향으로 자화되고,
    상기 제1 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 상기 외부 영역중 하나에 인접하고,
    상기 제2 방향으로 축방향 이격된 적어도 하나의 2차 자기장 센서는 또 다른 외부 영역에 인접한 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  45. 제39항에 있어서, 상기 토크 센서는 2개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 하나의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  46. 제45항에 있어서, 상기 1차 자기장 센서중 하나와 상기 2차 자기장 센서중 하나는 상기 부재의 일측에 배열되어 있고, 상기 1차 자기장 센서의 또 다른 하나와 상기 2차 자기장 센서의 또 다른 하나는 상기 부재의 반대측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  47. 제39항에 있어서, 상기 토크 센서는 4개의 1차 자기장 센서; 상기 제1 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서; 및 상기 제2 방향으로 축방향 이격된 2개의 2차 자기장 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  48. 제47항에 있어서, 상기 자기장 센서 4개 모두는 상기 부재의 일측에 그리고 상기 부재의 반대측상의 근거리 또는 원거리 자기장 소스와 반대에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  49. 제39항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  50. 제39항에 있어서, 상기 1차 및 2차 자기장 센서는 상기 영역간의 각 경계에서 상기 부재의 표면에 수직인 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
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