変速機駆動プレート用の磁気トルクセンサ
【課題】磁気弾性活性領域を備えたディスク状部材を有する磁気トルク感知デバイスを提供する。
【解決手段】磁気弾性活性領域は、逆向きに分極された磁気的に調整された領域を有し、その初期磁化方向は、磁気弾性活性領域に近接して配置された磁場センサ対の感知方向に垂直である。磁場センサは、ＲＳＵ性能を改善してコンパシングの悪影響を低減しながらトルクを正確に測定するようにディスク状部材に対して特別に配置される。
【解決手段】磁気弾性活性領域は、逆向きに分極された磁気的に調整された領域を有し、その初期磁化方向は、磁気弾性活性領域に近接して配置された磁場センサ対の感知方向に垂直である。磁場センサは、ＲＳＵ性能を改善してコンパシングの悪影響を低減しながらトルクを正確に測定するようにディスク状部材に対して特別に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の変速機用の方法及び感知デバイスに係り、特に、変速機駆動プレート又は同様のディスク状部材を半径方向に伝わるトルクの測定を提供するための非接触磁気弾性トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動シャフトを有するシステムの制御においては、トルク及び速度が基本的な対象パラメータである。従って、正確で信頼性があり且つ安価な方法でのトルクの感知及び測定が、このような制御システムの設計の主な課題であり続けている。
【０００３】
以前では、トルク測定は、シャフトに直接取り付けられた接触型センサを用いて行われていた。このようなセンサの一つが、“歪みゲージ”型トルク検出装置であり、一つ又は複数の歪みゲージが、シャフトの外周面に直接取り付けられ、トルク誘起歪みによって生じる抵抗の変化が、ブリッジ回路又は他の周知の手段を用いて測定される。しかしながら、接触型センサは比較的不安定であり、回転シャフトへの直接接触に起因して信頼性が限られたものである。また、これらのセンサは高価であり、トルクセンサが必要である自動車のステアリングシステム等の多くの応用における競合的使用に対しては商業的に不向きである。
【０００４】
その後、回転シャフトと共に使用するための磁歪型の非接触トルクセンサが開発された。例えば、Ｇａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献１（参照として本願に組み込まれる）には、適切な強磁性及び磁歪性表面を有するトルク伝達部材と、各々対称で螺旋状の残留応力誘起磁気異方性が与えられた部材内部の二つの軸方向に区別できる円周バンドと、トルク部材に接触せずに、トルク伝達部材に印加される力に対する二つのバンドの応答の違いを検出するための磁気識別装置とを備えたセンサが開示されている。大抵の場合、磁化及び感知は、バンドを覆い取り囲む一対の励磁コイルを提供することによって達成され、ここで、これらコイルは、直接に接続されて、交流によって駆動される。トルクは、二つのバンドの外部磁束に起因する異なる信号を感知するために逆向きに接続された一対の感知コイルを用いることによって感知される。残念ながら、センサが用いられる装置の上及び周囲に必須な励磁及び感知コイル用に十分な空間を提供することは、空間が貴重である応用においては実際的な問題を生じさせ得る。また、このようなセンサは、自動車応用等の非常にコスト競争力のあるデバイスに対する使用にとって非現実的に高価であり得る。
【０００５】
初期円周方向残留磁化のトルク誘起傾斜から生じる場を測定することに基づいたトルク変換器が開発されていて、好ましくは、場発生素子として機能する薄壁のリング（“カラー”）を利用する。例えば、Ｇｒａｓｈｅｌｉｓの特許文献２及び特許文献３（本願に参照として組み込まれる）を参照。リング内の引っ張り“フープ”応力（測定されるトルクを伝達するシャフトへの取り付け手段に関連する）は、優勢な円周方向一軸性異方性を与える。シャフトにねじり応力を印加すると、磁化が再配向して、ねじり応力が増大するにつれて次第に螺旋状になる。ねじりに起因する螺旋状磁化は、半径方向成分及び軸方向成分を有し、軸方向成分の大きさは、ねじれの程度に完全に依存する。一つ又は複数の磁場ベクトルセンサを用いて、シャフト上の磁気的に調整された領域（磁気的に条件付けされた領域）の上方の空間において印加トルクの結果として生じる場の大きさ及び極性を感知して、トルクの大きさ及び方向を反映した信号出力を提供することができる。リングセンサ内のピーク許容可能トルクが、リング／シャフト界面における滑りによって制限されるので、トルク過負荷の条件下におけるリング／シャフト界面における滑りから生じる歪みに関する懸念が表明されている。これによって、寄生場の悪影響を最少化する異なる物質の複数の部分の必要性と共に、代替設計の調査が求められている。
【０００６】
磁気弾性トルク変換器が開発されていて、活性トルク感知領域が、シャフトに取り付ける必要がある別個の強磁性素子の上ではなくて、シャフト自体の上に直接形成される。例えば、Ｇｒａｓｈｅｌｉｓの特許文献４（参照として本願に組み込まれる）を参照。所謂“カラーレス”変換器の一形状では、磁気弾性活性領域が、単一の円周方向に分極されて、それ自体が、部材に対するトルクの印加に従った領域内の磁化を、印加トルクがゼロに下がった際に単一の円周方向に戻すのに十分な磁気異方性を有する。トルクのかかるシャフトは、多結晶物質製であることが望ましく、局所磁化の分布の少なくとも５０％が、磁化分極の方向周りに対称的な９０度の四分円内に存在して、変換領域場は、磁場センサによって感じられる正味の磁場の有用性（トルク感知目的に対して）を壊すのに十分な強度のシャフトの領域近傍の寄生磁場を生成しないように十分高い飽和保磁力を有する。このような変換器の特に好ましい形状においては、シャフトは、立方体対称性を有するランダムに配向した多結晶物質製であり、その飽和保磁力は、１５エルステッド（Ｏｅ）以上、望ましくは２０Ｏｅ以上、好ましくは３５Ｏｅ以上のである。
【０００７】
最近、ディスク状部材の半径方向に離隔された複数箇所の間に伝達されるトルクを示す信号を提供する非接触磁気弾性トルクセンサが開発されている。Ｊｏｎｅｓの特許文献５（参照として本願に組み込まれる）には、単一の円周方向に分極された磁気弾性活性領域を有するディスク状部材を含むトルクセンサが記載されている。この特許文献では、磁場センサが活性領域に近接して取り付けられていて、そのセンサが、シャフトからディスク状部材まで伝達されるトルクに起因する磁場の大きさを感知して、また、そのセンサが、それに応答して信号を出力する。このような構成は、後述のように、コンパシングの影響を受け易いものであり得る。この特許文献には、二重の円周方向に逆向きに分極した領域を有するディスクも記載されていて、同じ半径方向ラインに沿って配置された二つのセンサが備わっていて、それらの感知方向は半径方向において逆向きであり、コモンモード場をキャンセルすることができる。しかしながら、この配置のセンサは、ディスクに印加されるトルクの変化に応答して線形に変化しない磁場信号をセンサがピックアップするという望ましくない結果を有する。
【０００８】
他の従来技術には、環状の磁気的に調整された領域が互いに離隔されていて、半径方向に間隔が空けられているという領域を有するディスク状部材を含むトルクセンサが記載されている。しかしながら、磁気的に調整された領域間にギャップを有するトルクセンサは、二つの環状の磁気的に調整された領域間におけるランダムな漏洩磁場に起因して大きな回転信号均一性（ＲＳＵ，ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｉｇｎａｌ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を示し得ると考えられている。理想的には、トルクセンサは、ゼロのＲＳＵ信号を示し、これは、トルクが回転部材に印加されていない又は一定のトルクが回転部材に印加されている場合に、部材の回転中に信号出力の変化が無いこととして定義される。しかしながら、実際には、表面処理及び磁化プロセスにおける不備に起因して、顕著なＲＳＵ信号が検出される。更に、磁気的に調整された領域間にギャップを有するディスク状部材を有するトルクセンサは、追加の空間を要し、これは、ディスクの磁気的に調整された領域用に利用可能な平坦な表面の量が限られている応用において望ましくない。
【０００９】
磁場が、その測定に関して、代替可能であるので、上記の及び他の従来技術の教示によるセンサは、外部由来の他の磁場の影響を受け易い。特に、地磁場は、“コンパシング”として知られる現象を生じさせて、測定場が、トルク誘起磁場及び地磁場の和となる。本願において、“コンパシング”との用語は、地磁場に起因する誤差を表すものとして用いられる。
【００１０】
外部由来の磁場は、遠距離場源及び近距離場源の両方から生じ得る。遠距離場源（地磁場を有する地球等）は一般的に、多数の磁場センサを有するトルク感知デバイス内の各磁場センサに同じ影響を有する。近距離場源（永久磁石、磁化レンチ、モータ、ソレノイド等）は、顕著な局所勾配を有する磁場を生じさせ得て、多数の磁場センサを有するトルク感知デバイス内の異なる磁場センサに対して顕著に異なる影響を有する。
【００１１】
Ｇａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献３は、遠距離場源に対するコンパシングの問題を対象としている。この特許文献では、シャフトは、二つの軸方向に区別可能な磁気弾性活性領域（反対の円周方向に分極している）を有するものとして記載されていて、磁場センサは、活性領域に近接して配置された逆向きの軸方向極性を有し、シャフトに印加されるトルクに応答して出力信号を提供する。磁場センサの出力を足し合わせることによって、全てのコモンモード外部磁場（つまり、遠距離場）がキャンセルされる。このような方式を用いた応用では、逆に分極したセンサは、可能な限り互いに近接して配置されて、コモンモード阻止方式の効率を保つことが望ましい。地磁場が、トルクセンサの中及び周囲の強磁性部分の周囲において顕著に歪み得るので、互いに間隔のあけられたセンサは、コモンモード阻止効率の低下を示す。
【００１２】
Ｌｅｅの特許文献６（参照として本願に組み込まれる）には、トルク誘起磁場をキャンセルせずに外部源からの近距離場磁気ノイズをキャンセルするように設計されたトルク感知デバイスが記載されている。この文献には、シャフトに近接して軸方向に間隔の空けられた三組の磁場センサを含むトルクセンサが記載されていて、そのシャフトは、円周方向に分極した磁気弾性活性領域を有する。各磁場センサが受信した信号は、近距離場源の影響を補償するように調整される。
【００１３】
環状の磁気弾性活性領域を備えた強磁性部材を有するトルク感知デバイスのおいては、磁場センサと或る半径の部材との間の角距離に関わらず、部材に印加されるトルクを正確に表す信号をピックアップするように、磁気弾性活性領域に近接して配置された磁場センサが望ましい。この特性を示すトルク感知デバイスは、回転信号均一性（ＲＳＵ）が改善されたものである。環状の磁気弾性活性領域に関する深度、幅、磁場強度の不均一性は、顕著なＲＳＵ信号に繋がり得て、結局、不正確なトルク測定に繋がる。また、ＲＳＵ性能の改善及びヒステリシス効果の低減は、従来技術において知られているように、磁化の前に、強磁性部材を、適切な表面硬度処理に晒すことによっても達成可能である。例えば、特許文献６には、角方向及び軸方向に間隔が空けられて、回転可能シャフトの円周方向表面に近接して配置された複数の磁場センサを組み込むことによってＲＳＵ性能の改善を示すように設計されたトルク感知デバイスが記載されている。
【００１４】
従来技術に記載されているトルク感知デバイスは、ＲＳＵ性能の改善及びコンパシングによって生じる悪影響を低減しながら、シャフトとディスク状部材の半径方向隔離部分との間に伝達されるトルクを測定するように特別に構成されたものではない。従って、このようなデバイスが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４８９６５４４号明細書
【特許文献２】米国特許第５３５１５５５号明細書
【特許文献３】米国特許第５５２００５９号明細書
【特許文献４】米国特許第６０４７６０５号明細書
【特許文献５】米国特許第６５１３３９５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０２３０９５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願において説明されるように、本発明は、軸周りに回転可能なディスク状部材（滑車、ギア、スプロケット等）のトルクを測定するのに適用可能である。
【００１７】
本発明の主な課題は、シャフトとディスク状部材の半径方向離隔部分との間に伝達されるトルクを測定するために、ディスク状部材に近接して配置された非接触磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することである。
【００１８】
本発明の他の課題は、印加トルクを表す信号を出力する磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することであり、その出力信号は、印加トルクの変化に対して線形に変化する。
【００１９】
本発明の他の課題は、対で配置された磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することであり、それら磁場センサは、互いに逆向きの感知方法を有し、磁気的ノイズの悪影響（コンパシングを含む）を最少化する。
【００２０】
本発明の他の課題は、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を増強するように、二重の分離されていない逆に分極した磁気的に調整された領域を有する環状の磁気弾性活性領域を有するトルク感知デバイスを提供することである。
【００２１】
本発明の他の課題は、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を増強するように、特別に配置された複数の角度的に間隔の空けられた磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
概説すると、本発明の上記及び他の課題、利点、並びに特徴は、本願において実施され完全に説明されるような磁気トルク感知デバイスによって達成され、その磁気トルク感知デバイスは、対向する略円形の表面及び回転中心軸を有する略ディスク状部材と、磁気弾性活性領域を形成するようにディスク状部材の上に配置された強磁性且つ磁歪性の第一及び第二の磁気的に調整された領域と、互いに隣接して且つ磁気弾性活性領域に近接して配置された少なくとも一対の磁場センサとを備え、磁気弾性活性領域が、ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成し、磁気活性領域が、ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に磁気弾性活性領域内の磁化が初期状態に戻るのに十分な磁気異方性を有し、各対の磁場線センサの感知方向が互いに逆向きであり、且つ、第一及び第二の磁気的に調整された領域の分極方向に垂直であり、磁場センサが、ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、出力信号の変化が、ディスク状部材に印加されるトルクの変化に対して実質的に線形である。
【００２３】
デバイスの磁気的に調整された領域は環状であり得て、その間にギャップが存在せず、トルク感知デバイスの精度を上昇させる。デバイスは、複数の対の磁場センサを含み得て、精度を上昇させる。磁場センサは、磁気的に調整された領域が軸方向に分極されている場合には、円周方向に向けられ得て、磁気的に調整された領域が円周方向に分極されている場合には、軸方向に向けられ得て、デバイスの線形性能を増強して精度を上昇させる。
【００２４】
以下の発明の詳細な説明、添付の特許請求の範囲及び添付図面を参照することによって、本発明の他の課題、利点及び特徴が明らかになると共に、本発明の特性がより明確に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るディスク状部材の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気弾性活性領域の大きさを示す図１のディスク状部材の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気弾性活性領域の磁化を示す図２のディスク状部材の平面図である。
【図４Ａ】本発明のトルク感知デバイスが休止状態にある際の磁気的に調整された領域内の磁場強度を示すグラフである。
【図４Ｂ】ディスク状部材と図４Ａのグラフとの間の関係性を示す本発明に係るディスク状部材の平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図１０】ディスク状部材がトルクを受けた際の磁気弾性活性領域の磁化の変化を示す本発明に係るディスク状部材の斜視図である。
【図１１】自動車の駆動系に使用される本発明に係る例示的なトルク感知デバイスを示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の複数の好ましい実施形態を例示目的で説明するが、本発明が、図面に特に示されない他の形態でも実施可能であることは理解されたい。図面は例示目的で提供されるものであって、縮尺通りではない。
【００２７】
まず図１を参照すると、本発明のトルク感知デバイスに係る略ディスク状部材１１０の斜視図が示されている。ディスク１１０は、強磁性体製であるか、又は、磁気弾性活性領域１４０を少なくとも含む。ディスク１１０を形成するために選択された物質は、磁気弾性活性領域１４０内に残留磁化を少なくとも形成するための磁区の存在を保証するように少なくとも強磁性でなければならず、また、磁気弾性活性領域１４０内の磁力線の向きが、印加トルクに関連する応力によって変更可能であるように磁歪性でなければならない。ディスク１１０は、完全にソリッドであるか、又は部分的に中空であり得る。ディスクは、一様な一物質製であるか、又は複数物質の混合物製であり得る。ディスクは任意の厚さのものであり得るが、好ましくは略３ｍｍから略１ｃｍの厚さである。
【００２８】
磁気弾性活性領域１４０は好ましくは平坦であり、少なくとも二つの半径方向に区別可能であり、環状で、逆向きに分極された磁気的に調整された領域（磁気的に条件付けされた領域）１４２、１４４を備えて、トルク感知デバイスの磁気弾性活性領域を画定している。しかしながら、頂面１１２及び底面１１４は、図示されているように平坦である必要は無く、ディスク１１０の中心から外縁までの断面において変化する厚さを有し得る。トルク感知デバイスが必要とされる応用によっては、磁場センサ１５２、１５４をディスク１１０の両面に配置することが実用的でなくなり得る。従って、本発明は、磁気弾性活性領域１４０が、ディスク１１０の一方の表面上にのみ存在する場合に機能するように設計される。しかしながら、磁気弾性活性領域１４０は、ディスク１１０の両面に存在してもよい。
【００２９】
図２は、ディスク１１０の側面を示し、磁気弾性活性領域１４０がディスク１１０の環状部分に形成され得るプロセスを示す。図示されるように、逆方向の磁化（従って逆極性）を有する二つの永久磁石２０２、２０４は、距離ｄ１においてディスク１１０の表面に近接して配置される。永久磁石２０２、２０４の配置に続いて、ディスク１１０が、中心軸Ｏ周りに回転され得て、二つの環状で逆向きに分極されて磁気的に調整された領域１４２、１４４が形成される。代わりに、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０を静止させたままで、永久磁石を中心軸Ｏ周りに回転されることによっても形成可能である。磁気弾性活性領域１４０の形成中、中心軸Ｏ周りの回転速度、及び永久磁石２０２、２０４とディスク表面１１０との間の距離は、磁気弾性活性領域１４０の均一性を保証して、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を改善するために一定に保たれることが望ましい。好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石２０２、２０４は互いに隣接して配置され、その間にギャップが存在せず、その間にギャップの存在しない磁気的に調整された領域１４２、１４４を形成する。磁気的に調整された領域１４２、１４４間にギャップが存在しないことは、ＲＳＵ性能の改善されたトルク感知デバイスをもたらすものと理解される。
【００３０】
磁気弾性活性領域１４０の形成において、永久磁石２０２、２４０の強度、及び永久磁石２０２、２０４とディスク１１０との間の距離ｄ１は、トルク感知デバイスの性能を最適化するように注意深く選択されなければならない。より強力な永久磁石２０２、２０４を用いることによって、また、永久磁石２０２、２０４をよりディスク１１０の近くに配置することによって、一般的には、トルク感知デバイスに使用された際により強力でより簡単に測定可能な信号を提供する磁気弾性活性領域１４０を形成することができる。しかしながら、極度に強力な永久磁石２０２、２０４を用いることによって、又は、永久磁石２０２、２０４を極端にディスク１１０の近くに配置することによって、印加トルクに応答してトルク感知デバイスによって生成される信号の線形性に悪影響を与えるヒステリシスを示す磁気弾性活性領域１４０が形成され得る。好ましくは、磁気弾性調整領域１４０は、ディスク１１０の表面から略０．１ｍｍから５ｍｍの間の距離に配置された矩形のＮ４２又はＮ４５等級のネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁石を用いて、形成される。より好ましくは、磁石は、ディスク１１０の表面から略３ｍｍの距離に配置される。好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の幅は１３ｍｍ以下である。より好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の幅は略１０ｍｍである。
【００３１】
図２は、ディスク１１０の平面に垂直な磁化方向を有する永久磁石２０２、２０４を有する実施形態を示す。この構成は、軸方向（つまりディスク表面に垂直）に初め分極している磁気的に調整された領域１４２、１４４をもたらす。この構成では、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０に印加されたトルクが存在しない場合（つまり、トルク感知デバイスが休止状態である際）に、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、円周方向又は半径方向に正味の磁化成分を有さないように分極されることが好ましい。
【００３２】
磁気弾性活性領域１４０の形成中、図２に示されるように、永久磁石２０２、２０４は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が、上向きのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が下向きのＮ極を有して形成されるように、配置され得る。代わりに、磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が下向きのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が上向きのＮ極を有して形成されるように、配置され得る。
【００３３】
図３は、ディスク１１０の平面図を示し、磁気弾性活性領域１４０が、円周方向においてディスクの平面に平行な磁化方向を有する永久磁石３０２、３０４を用いて形成される実施形態を示す。この構成は、ディスク１１０の円周方向に初め分極している磁気的に調整された領域１４２、１４４をもたらす。この構成では、磁気的に調整された領域１４２、１４２は、ディスク１１０の印加されたトルクが存在しない際に磁気的に調整された領域１４２、１４４が軸方向又は半径方向に正味の磁化成分を有さないように分極されることが好ましい。
【００３４】
磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石３０２、３０４は、図３に示されるように、最内側の磁気的に調整された領域１４２が、時計回りのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が、反時計回りのＮ極を有して形成されるように配置され得る。代わりに、磁気弾性活性領域の形成中、永久磁石３０２、３０４は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が反時計回りのＮ極を有して、最外側の磁気的に調整された領域１４４が時計回りのＮ極を有するように配置され得る。
【００３５】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図４Ａは、トルク感知デバイスが休止状態の際の磁気的に調整された領域１４２、１４４内の磁場強度を示すグラフである。縦軸に沿った値は、磁気弾性活性領域１４０の磁場強度を表す。ディスク１１０の表面から発する磁場は、図２のディスク１１０のように軸方向にその主成分を有するか、又は、図３のディスク１１０のように円周方向にその主成分を有し得る。横軸に沿った値は、中心線Ｏからディスク１１０の外縁までのディスク１１０の半径に沿った距離を表す。点Ａは、ディスク１１０の中心に最も近い最内側の磁気的に調整された領域１４２の縁に沿った点に対応する。点Ｂは、ディスク１１０の円周方向縁に最も近い最外側の磁気的に調整された領域１４４の縁に沿った点を表す。点Ｃは、最内側の磁気的に調整された領域１４２と最外側の磁気的に調整された領域１４４との間の境界に沿った点に対応する。点ｒ１は、磁場強度が最大である最内側の磁気的に調整された領域１４２内の点に対応する。点ｒ２は、磁場強度が最大である最外側の磁気的に調整された領域１４４内の点に対応する。図４Ｂは、図４Ａのグラフに示される点に対応する点Ａ、Ｂ、Ｃ、ｒ１、ｒ２を有するディスク１１０を示す。ピーク磁場に対応する点ｒ１及びｒ２は、外部磁束の方向を最適化して、トルク感知デバイスの性能を最大化するように磁場センサ１５２、１５２を配置することが望ましいディスク１１０の中心からの距離を示す。図４に示される単位は例示的なものであって、本発明を限定するものではない。
【００３６】
図５を参照すると、休止状態のディスク１１０の平面図が示されていて、磁気弾性活性領域１４０が図２に示されるような永久磁石２０２、２０４によって形成されている。磁気弾性活性領域１４０は、それぞれ正及び負の軸方向に逆向きに分極した二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を含む。図５のドットは、ディスク１１０の表面に垂直に向いた磁力線５４６を示し、磁力線５４６が紙面外（上向き）に向けられる。図５の×は、ディスク１１０の表面に垂直に向いた磁力線５４８を示し、磁力線５４８は紙面内（下向き）に向けられている。
【００３７】
一対の磁場センサ５５２、５５４が、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され、各磁力センサ５５２、５５４が、磁場強度が最大である箇所において、磁気的に調整された領域１４２、１４４の一部の上に配置されている。磁場センサ５５２、５５４は、それらの感知方向が磁気弾性活性領域１４０内の磁化方向に垂直になるように向けられる。図５において、矢印は、磁場センサ５５２、５５４の感知方向を示す。磁場センサ５５２、５５４は、ディスク１１０の表面に平行な（つまり円周方向内の）感知方向を有するように向けられていて、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０の表面に垂直に（つまり軸方向において）分極される。この構成は、磁場センサ５５２、５５４によって出力される信号が、ディスク１１０に印加されるトルクの変化に対して線形に変化することを保証する。
【００３８】
磁場センサ５５２、５５４は、逆向きに分極されて、対で提供される。この配置法は、コモンモード阻止構成と称される。対の磁場センサ５５２、５５４の各々からの出力信号は足し合わされて、ディスク１１０に印加されるトルクを表す信号を提供する。外部磁場は、対の磁場センサ５５２、５５４の各々に対して同じ影響を有する。対の磁場センサ５５２、５５４が逆向きに分極されているので、磁場センサ５５２、５５４の足し合わされた出力は、外部磁場に対してゼロである。しかしながら、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、磁場センサ５５２、５５４のように逆向きに分極されているので、磁場センサ５５２、５５４の足し合わされた出力は、ディスク１１０に印加されたトルクに関して各磁場センサ５５２、５５４の出力の二倍である。従って、コモンモード阻止構成で磁場センサ５５２、５５４を配置することによって、トルク感知デバイスにおけるコンパシングの悪影響が大幅に低減される。
【００３９】
図６に示される実施形態を参照すると、休止状態のディスク１１０が示されていて、図３のような永久磁石３０２、３０４によって形成された磁気弾性活性領域１４０を有している。磁気弾性活性領域１４０は、逆向きに分極された二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を含み、磁力線６４６、６４８が円周方向において逆向きである。一対の磁場センサ６５２、６５４が、各磁場センサ６５２、６５６が、磁場強度が最大である箇所において磁気的に調整された領域１４２、１４４の一部の上に配置されるように、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され得る。磁場センサ６５２、６５４は、それらの感知方向が磁気弾性活性領域１４０内の磁化方向に垂直であるように、向けられる。図６において、ドット（紙面から出て来る方向を示す）及び×（紙面内に向かう方向を示す）は、磁場センサ６５２、６５４の感知方向を示す。磁場センサ６５２、６５４は、ディスク１１０の表面に垂直な感知方向（つまり、軸方向）を有するように向けられて、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０の表面に平行に（つまり、円周方向に）分極されて、磁場センサ６５２、６５４によって出力される信号がディスク１１０に印加されるトルクの変化に対して線形に変化することを保証する。磁場センサ６５２、６５４は、トルク感知デバイスにおけるコンパシングの影響を低減するためにコモンモード阻止構成で配置される。
【００４０】
図７を参照すると、軸方向において逆向きに分極された二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を有する磁気弾性活性領域１４０を有するディスク１１０が示されている。四対の磁場センサ５５２、５５４が、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置されていて、それらの感知方向は、磁気的に調整された領域１４２、１４４の磁化に垂直である。四対の磁場センサ５５２、５５４は、各対の間において略９０度で磁気弾性活性領域１４０周りに均等に間隔が空けられている。この構成は、複数の磁場センサ５５２、５５４によって出力される信号を平均化することによって、ディスク１１０に印加されるトルクのより正確な測定を可能にするので、ＲＳＵ性能を改善する。磁気弾性領域１４０における不均一性に起因する単一の磁場センサによる誤差は、複数の磁場センサ５５２、５５４からの信号が平均化された場合にはあまり顕著なものではなくなる。高度の均一性（つまり、ＲＳＵ信号が実質的にゼロ）を示す磁気弾性活性領域１４０を有するトルク感知デバイスでは、一対の磁場センサ５５２、５５４だけを用いて、十分なＲＳＵ性能を達成することができる。しかしながら、材料調製及び磁化プロセスにおける制限に起因して、顕著なゼロではないＲＳＵ信号を回避することが難しくなり得る。ＲＳＵ性能の上昇が望まれる場合、磁場センサの対の数を増やし得る。例えば、４５度の間隔で、八対の磁場センサ５５２、５５４を用いることができる。
【００４１】
図８を参照すると、磁気弾性活性領域１４０を有するディスク１１０が示されていて、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、単一の軸方向に分極されていて、本質的には、単一の磁気的に調整された領域を形成している。磁場センサユニット８５０は、四つの個別の磁場センサ８５２、８５４、８５６、８５８を含む。一次磁場センサ８５２、８５４は、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置されて、半径方向に整列されて、磁気弾性活性領域１４０の磁化に垂直な方向に同様に分極される。二次磁場センサ８５６、８５８は、ディスク１１０に近接しているが、磁気弾性活性領域１４０から離隔して、一次磁場センサ８５２、８５４の両側に配置されて、二次磁場センサ８５６、８５８がトルク誘起信号をピックアップしないようにする。二次磁場センサ８５６、８５８は、一次磁場センサ８５２、８５４とは逆向きにおいて同じ様に分極される。この構成は、Ｌｅｅの特許文献６（参照として本願に組み込まれる）において検討されているように、ノイズ源（図示せず）が各一次磁場センサ８５２、８５４に対して異なる影響を有する局所磁場勾配を生成する場合に有利となり得る。このような場合、ノイズ源は、ノイズ源に最も近い方の二次磁場センサ８５６、８５８に対して最大の影響を有して、ノイズ源から最も遠い方の二次磁場センサ８５８、８５６に対して最少の影響を有すると考えられる。また、一次磁場センサ８５２、８５４に対するノイズ源の影響は、二次磁場センサ８５６、８５８の各々に対する影響と影響の間であると考えられる。最後に、二次磁場センサ８５６、８５８によってピックアップされるノイズ誘起信号の和は、一次磁場センサ８５２、８５４によってピックアップされるノイズ誘起信号の和と値において等しいと考えられる。従って、四つの磁場センサ８５２、８５４、８５６、８５８の各々によってピックアップされる信号を足し合わせることによって、磁場センサユニット８５０に対する磁気ノイズの影響がキャンセルされて、磁場センサユニット８５０によってピックアップされる複合信号が、完全にトルク誘起のものになる。
【００４２】
図９は、ディスク１１０の半径方向空間が限られている場合に有利となり得るディスク１１０の構成を示す。ディスク１１０は、単一に軸方向に分極された単一の磁気的に調整された領域１４３を備えた磁気弾性活性領域１４０を有する。磁場センサユニット９５０は、四つの個別の磁場センサ９５２、９５４、９５６、９５８を含む。一次磁場センサ９５２、９５４は、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され、円周方向に整列されて、磁気弾性活性領域１４０の磁化に垂直な方向において同様に分極されている。二次磁場センサ９５６、９５８は、ディスク１１０に近接しているが、磁気弾性活性領域１４０から離隔して一次磁場センサ９５２、９５４の両側に配置されて、二次磁場センサ９５６、９５８がトルク誘起信号をピックアップしないようにする。二次磁場センサ９５６、９５８は、一次磁場センサ９５２、９５４とは逆方向において同様に分極される。この構成は、Ｌｅｅの特許文献６（本願に参照として組み込まれる）において検討されているように、ノイズ源（図示せず）が、一次磁場センサ９５２、９５４の各々に対して異なる影響を有する局所磁場勾配を生成する場合に有利となり得る。このような場合、ノイズ源は、ノイズ源から最も近い方の二次磁場センサ９５６、９５８に対して最大の影響を有し、ノイズ源から最も遠い方の二次磁場センサ９５８、９５６に対して最少の影響を有すると考えられる。また、一次磁場センサ９５２、９５４に対する影響は、二次磁場センサ９５６、９５８の各々に対する影響と影響との間であると考えられる。最後に、二次磁場センサ９５６、９５８によってピックアップされるノイズ誘起信号の和は、一次磁場センサ９５２、９５４によってピックアップされるノイズ誘起信号の和と値において等しいと考えられる。従って、四つの磁場センサ９５２、９５４、９５６、９５８の各々によってピックアップされる信号を足し合わせることによって、磁場センサユニット９５０に対する磁気ノイズの影響がキャンセルされて、磁場センサユニット９５０によってピックアップされる複合信号が完全にトルク誘起のものになる。
【００４３】
図１０は、トルク感知デバイスによってディスク１１０に印加されるトルクを測定する原理を図解する。上述のように、休止状態において、磁気弾性活性領域１４０内の磁場は、図５に示されるように実質的に軸方向においてのみ整列されるか、又は、図６に示されるように実質的に円周方向においてのみ整列される。トルクがディスク１１０に印加されると、磁気弾性活性領域１４０内の磁気モーメントは、図１０の矢印Ａによって示されるように、ディスク１１０の表面に対して略４５度の角度を成すせん断応力方向に沿って傾斜する傾向にある。この傾斜によって、磁気弾性活性領域１４０の磁化が、初期方向における成分の減少及びせん断応力方向における成分の増大を示すようになる。傾斜の程度は、ディスク１１０に印加されるトルクの強度に比例する。磁場センサ１５２、１５４は、磁場センサ１５２、１５４の感知方法に沿った磁場成分の強度の変化を感知することができる。従って、トルクがディスク１１０に印加されると、磁場センサ１５２、１５４は、印加トルクに比例した信号を出力する。
【００４４】
磁場センサ１５２、１５４は、当該分野において既知であり、フラックスゲートインダクタ、ホール効果センサ等の磁場ベクトルセンサデバイスが挙げられる。好ましくは、本発明に係る磁場センサは、ソレノイダル形状を有するフラックスゲートインダクタである。他の実施形態では、磁場センサ１５２、１５４は、集積回路ホール効果センサであり得る。図１０に示されるような導体１５６が、磁場センサを、直流電源に接続して、磁場センサ１５２、１５４の信号出力を、制御又はモニタリング回路等の受信デバイス（図示せず）に転送する。
【００４５】
図１１を参照すると、本発明に係るトルク変換器１１００の斜視分解図が示されている。図示される例示的な実施形態では、トルク変換器１１００は、ディスク１１１０と、ハブ１１２０と、シャフト１１３０とを含む。ディスク１１１０、ハブ１１２０、及びシャフト１１３０は個別部品であり得る（必須ではない）。ディスク１１１０は、軸方向に薄くて、略ディスク状の部材であり得て、完全に平坦であるか又は輪郭を含み得る。ハブ１１２０は、シャフト１１３０にディスク１１２０を強固に取り付けることによって、機能する。取り付けは、既知の手段によって直接又は間接になされ得て、ハブ１１２０及びシャフト１１３０が、シャフト１１３０に印加されるトルクがハブ１１２０に比例的に伝送されるような、また、その逆となるような機械的ユニットとして機能するようにする。取り付け手段の例として、ピン、スプライン、キー、溶接、接着剤、プレス又は収縮フィット等が挙げられる。ディスク１１１０は、適切な方法によってハブ１１２０に取り付けられ得て、ディスク１１１０及びハブ１１２０が、ハブ１１２０に印加されたトルクがディスク１１１０に比例的に伝達されるような、また、その逆となるような機械的ユニットして機能するようにする。好ましくは、ホール１１１２、１１２２がディスク１１１０及びハブ１１２０に設けられて、ディスク１１１０のホール１１２がハブ１１２０のホール１１２２に対応するようにする。締め具（ボルト等）を、ディスク１１１０のホール１１１２及びハブ１１２０の対応するホール１１２２を通して挿入し得て、強固な取り付けが、ディスク１１１０とハブ１１２０との間に形成されるようにする。代替的な取り付け手段の例として、リベット、溶接等が挙げられる。
【００４６】
ディスク１１１０は、リム１１６０に取り付けられ得て、リム１１６０に取り付けられたディスク１１１０の一部が、ハブ１１２０に取り付けられたディスク１１１０の一部と半径方向において区別可能となる。リム１１６０は、ディスク１１１０の周囲を取り囲み、又はディスク１１１０の表面に取り付けられ得る。リム１１６０はディスク１１１０の一体部分であり得る。ディスク１１１０及びリム１１６０は、ディスク１１１０の印加されるトルクがリム１１６０に比例的に伝達されるように、また、その逆となるような機械的ユニットとして機能する。リム１１６０は、駆動する又は駆動される部材に対する主な接線力の伝達のための力伝達特徴部１１６２を含み得る。
【００４７】
本発明の例示的な実施形態は、自動車のエンジンに関連して使用するためのトルク感知デバイスであり、ディスク１１１０が駆動プレートを含み、シャフト１１３０がクランクシャフトを含み、リム１１６０がトルク変換器を含む。しかしながら、当業者には、本発明が特定のタイプの自動車の構成に限定されるものではなく、一般的な自動車の応用に限定されるものでもないことは明らかである。
【００４８】
リム１１６０及びハブ１１２０は好ましくは、非強磁性体製であり、又は、ハブ１１２０とディスク１１１０との間、及びディスク１１１０とリム１１６０との間に挿入された低透磁率リング（図示せず）等の非強磁性スペーサによってディスク１１１０から磁気的に分離されている。
【００４９】
磁気弾性活性領域１１４０は、印加トルクがゼロに下がった際に磁化が休止又は初期方向に戻るのに十分な異方性を有していなければならない。磁気異方性は、ディスク１１１０の物質の物理的作用によって、又は他の方法によって誘起され得る。磁気異方性を誘起する例示的な方法は、特許文献３（参照として本願に組み込まれる）に開示されている。
【００５０】
好ましくは、ディスク１１１０は、ＡＩＳＩ９３１０物質製である。ディスクが形成される代替的な物質の例は、特許文献３及び特許文献５（参照として本願に組み込まれる）に開示されている。ディスク１１１０は、特に望ましい結晶構造を有する物質製であり得る。
【００５１】
本発明の他の実施形態では、磁気弾性活性領域１１４０が、ディスク１１１０とは別に形成され得て、その後、接着剤、溶接、締め具等の手段によってディスク１１１０に適用されて、ディスク１１１０内に誘起されるトルクが、磁気弾性活性領域内に誘起されるトルクに伝えられて、またこれに比例するようにする。
【００５２】
本発明の動作時には、磁場が磁気弾性活性領域１１４０から生じて、その磁場が、磁場センサ１１５２、１１５４が配置されている空間だけではなくて、ディスク１１１０自体によって占められている空間にも充満する。ディスク１１１０の非活性部分内に生じる磁化の変化は、磁場センサ１１５２、１１５４が配置されている空間領域に充満し得る寄生磁場の形成をもたらし得る。ハブ１１２０及びリム１１６０は、寄生磁場を低減又は排除するように非強磁性体製であり得る。従って、磁気弾性活性領域１１４０の伝達機能を損なわないため、寄生場が、磁気弾性活性領域から生じる磁場と比較して非常に小さい、理想的にはゼロであることが重要であり、又は、顕著な強度の場合には、寄生場が印加トルクに対して線形且つ非ヒステリシス的に変化する（又は全く変化しない）ことが重要であり、また、寄生場が、時間に対して安定であり、また、シャフト１１３０、ディスク１１１０及び磁気弾性活性領域１１４０が晒され得る動作条件及び環境条件下において安定であることが重要である。言い換えると、生じる寄生場は、磁気弾性活性領域の場と比較して十分に小さくなければならず、磁場センサ１１５２、１１５４が受ける正味の場が、トルク感知目的にとって有用であるようにする。従って、寄生場の悪影響を最少化するため、磁気弾性活性領域１１４０から生じる場が、磁気弾性活性領域に近接するディスク１１１０の領域を磁化しないのに十分高い飽和保磁力を有するディスク物質を利用することが重要であり、磁場センサ１１５２、１１５４が受ける正味の磁場の有用性（トルク感知目的にとって）を破壊しないのに十分な強度のものである寄生磁場を生じさせるようにする。これは、例えば、ディスク１１１０の飽和保磁力が１５Ｏｅ以上、好ましくは２０Ｏｅ以上、最も望ましくは３５Ｏｅ以上である物質を用いることによって、達成可能である。
【００５３】
トルクに加えて、本発明は、出力、エネルギー、回転速度を測定することもできて、ここで、
出力＝トルク×２π×回転速度
エネルギー＝出力／時間
である。
【００５４】
本発明の現状において好ましい実施形態を本願において具体的に説明してきたが、当業者には、本願で示され説明された多様な実施形態のバリエーション及び修正が、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに為され得ることは明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及び適用法令によって規定される程度においてのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１１０ ディスク
１１２ 頂面
１１４ 底面
１４０ 磁気弾性活性領域
１４２、１４４ 磁気的に調整された領域
１５２、１５４ 磁場センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の変速機用の方法及び感知デバイスに係り、特に、変速機駆動プレート又は同様のディスク状部材を半径方向に伝わるトルクの測定を提供するための非接触磁気弾性トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動シャフトを有するシステムの制御においては、トルク及び速度が基本的な対象パラメータである。従って、正確で信頼性があり且つ安価な方法でのトルクの感知及び測定が、このような制御システムの設計の主な課題であり続けている。
【０００３】
以前では、トルク測定は、シャフトに直接取り付けられた接触型センサを用いて行われていた。このようなセンサの一つが、“歪みゲージ”型トルク検出装置であり、一つ又は複数の歪みゲージが、シャフトの外周面に直接取り付けられ、トルク誘起歪みによって生じる抵抗の変化が、ブリッジ回路又は他の周知の手段を用いて測定される。しかしながら、接触型センサは比較的不安定であり、回転シャフトへの直接接触に起因して信頼性が限られたものである。また、これらのセンサは高価であり、トルクセンサが必要である自動車のステアリングシステム等の多くの応用における競合的使用に対しては商業的に不向きである。
【０００４】
その後、回転シャフトと共に使用するための磁歪型の非接触トルクセンサが開発された。例えば、Ｇａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献１（参照として本願に組み込まれる）には、適切な強磁性及び磁歪性表面を有するトルク伝達部材と、各々対称で螺旋状の残留応力誘起磁気異方性が与えられた部材内部の二つの軸方向に区別できる円周バンドと、トルク部材に接触せずに、トルク伝達部材に印加される力に対する二つのバンドの応答の違いを検出するための磁気識別装置とを備えたセンサが開示されている。大抵の場合、磁化及び感知は、バンドを覆い取り囲む一対の励磁コイルを提供することによって達成され、ここで、これらコイルは、直接に接続されて、交流によって駆動される。トルクは、二つのバンドの外部磁束に起因する異なる信号を感知するために逆向きに接続された一対の感知コイルを用いることによって感知される。残念ながら、センサが用いられる装置の上及び周囲に必須な励磁及び感知コイル用に十分な空間を提供することは、空間が貴重である応用においては実際的な問題を生じさせ得る。また、このようなセンサは、自動車応用等の非常にコスト競争力のあるデバイスに対する使用にとって非現実的に高価であり得る。
【０００５】
初期円周方向残留磁化のトルク誘起傾斜から生じる場を測定することに基づいたトルク変換器が開発されていて、好ましくは、場発生素子として機能する薄壁のリング（“カラー”）を利用する。例えば、Ｇｒａｓｈｅｌｉｓの特許文献２及び特許文献３（本願に参照として組み込まれる）を参照。リング内の引っ張り“フープ”応力（測定されるトルクを伝達するシャフトへの取り付け手段に関連する）は、優勢な円周方向一軸性異方性を与える。シャフトにねじり応力を印加すると、磁化が再配向して、ねじり応力が増大するにつれて次第に螺旋状になる。ねじりに起因する螺旋状磁化は、半径方向成分及び軸方向成分を有し、軸方向成分の大きさは、ねじれの程度に完全に依存する。一つ又は複数の磁場ベクトルセンサを用いて、シャフト上の磁気的に調整された領域（磁気的に条件付けされた領域）の上方の空間において印加トルクの結果として生じる場の大きさ及び極性を感知して、トルクの大きさ及び方向を反映した信号出力を提供することができる。リングセンサ内のピーク許容可能トルクが、リング／シャフト界面における滑りによって制限されるので、トルク過負荷の条件下におけるリング／シャフト界面における滑りから生じる歪みに関する懸念が表明されている。これによって、寄生場の悪影響を最少化する異なる物質の複数の部分の必要性と共に、代替設計の調査が求められている。
【０００６】
磁気弾性トルク変換器が開発されていて、活性トルク感知領域が、シャフトに取り付ける必要がある別個の強磁性素子の上ではなくて、シャフト自体の上に直接形成される。例えば、Ｇｒａｓｈｅｌｉｓの特許文献４（参照として本願に組み込まれる）を参照。所謂“カラーレス”変換器の一形状では、磁気弾性活性領域が、単一の円周方向に分極されて、それ自体が、部材に対するトルクの印加に従った領域内の磁化を、印加トルクがゼロに下がった際に単一の円周方向に戻すのに十分な磁気異方性を有する。トルクのかかるシャフトは、多結晶物質製であることが望ましく、局所磁化の分布の少なくとも５０％が、磁化分極の方向周りに対称的な９０度の四分円内に存在して、変換領域場は、磁場センサによって感じられる正味の磁場の有用性（トルク感知目的に対して）を壊すのに十分な強度のシャフトの領域近傍の寄生磁場を生成しないように十分高い飽和保磁力を有する。このような変換器の特に好ましい形状においては、シャフトは、立方体対称性を有するランダムに配向した多結晶物質製であり、その飽和保磁力は、１５エルステッド（Ｏｅ）以上、望ましくは２０Ｏｅ以上、好ましくは３５Ｏｅ以上のである。
【０００７】
最近、ディスク状部材の半径方向に離隔された複数箇所の間に伝達されるトルクを示す信号を提供する非接触磁気弾性トルクセンサが開発されている。Ｊｏｎｅｓの特許文献５（参照として本願に組み込まれる）には、単一の円周方向に分極された磁気弾性活性領域を有するディスク状部材を含むトルクセンサが記載されている。この特許文献では、磁場センサが活性領域に近接して取り付けられていて、そのセンサが、シャフトからディスク状部材まで伝達されるトルクに起因する磁場の大きさを感知して、また、そのセンサが、それに応答して信号を出力する。このような構成は、後述のように、コンパシングの影響を受け易いものであり得る。この特許文献には、二重の円周方向に逆向きに分極した領域を有するディスクも記載されていて、同じ半径方向ラインに沿って配置された二つのセンサが備わっていて、それらの感知方向は半径方向において逆向きであり、コモンモード場をキャンセルすることができる。しかしながら、この配置のセンサは、ディスクに印加されるトルクの変化に応答して線形に変化しない磁場信号をセンサがピックアップするという望ましくない結果を有する。
【０００８】
他の従来技術には、環状の磁気的に調整された領域が互いに離隔されていて、半径方向に間隔が空けられているという領域を有するディスク状部材を含むトルクセンサが記載されている。しかしながら、磁気的に調整された領域間にギャップを有するトルクセンサは、二つの環状の磁気的に調整された領域間におけるランダムな漏洩磁場に起因して大きな回転信号均一性（ＲＳＵ，ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｉｇｎａｌ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を示し得ると考えられている。理想的には、トルクセンサは、ゼロのＲＳＵ信号を示し、これは、トルクが回転部材に印加されていない又は一定のトルクが回転部材に印加されている場合に、部材の回転中に信号出力の変化が無いこととして定義される。しかしながら、実際には、表面処理及び磁化プロセスにおける不備に起因して、顕著なＲＳＵ信号が検出される。更に、磁気的に調整された領域間にギャップを有するディスク状部材を有するトルクセンサは、追加の空間を要し、これは、ディスクの磁気的に調整された領域用に利用可能な平坦な表面の量が限られている応用において望ましくない。
【０００９】
磁場が、その測定に関して、代替可能であるので、上記の及び他の従来技術の教示によるセンサは、外部由来の他の磁場の影響を受け易い。特に、地磁場は、“コンパシング”として知られる現象を生じさせて、測定場が、トルク誘起磁場及び地磁場の和となる。本願において、“コンパシング”との用語は、地磁場に起因する誤差を表すものとして用いられる。
【００１０】
外部由来の磁場は、遠距離場源及び近距離場源の両方から生じ得る。遠距離場源（地磁場を有する地球等）は一般的に、多数の磁場センサを有するトルク感知デバイス内の各磁場センサに同じ影響を有する。近距離場源（永久磁石、磁化レンチ、モータ、ソレノイド等）は、顕著な局所勾配を有する磁場を生じさせ得て、多数の磁場センサを有するトルク感知デバイス内の異なる磁場センサに対して顕著に異なる影響を有する。
【００１１】
Ｇａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献３は、遠距離場源に対するコンパシングの問題を対象としている。この特許文献では、シャフトは、二つの軸方向に区別可能な磁気弾性活性領域（反対の円周方向に分極している）を有するものとして記載されていて、磁場センサは、活性領域に近接して配置された逆向きの軸方向極性を有し、シャフトに印加されるトルクに応答して出力信号を提供する。磁場センサの出力を足し合わせることによって、全てのコモンモード外部磁場（つまり、遠距離場）がキャンセルされる。このような方式を用いた応用では、逆に分極したセンサは、可能な限り互いに近接して配置されて、コモンモード阻止方式の効率を保つことが望ましい。地磁場が、トルクセンサの中及び周囲の強磁性部分の周囲において顕著に歪み得るので、互いに間隔のあけられたセンサは、コモンモード阻止効率の低下を示す。
【００１２】
Ｌｅｅの特許文献６（参照として本願に組み込まれる）には、トルク誘起磁場をキャンセルせずに外部源からの近距離場磁気ノイズをキャンセルするように設計されたトルク感知デバイスが記載されている。この文献には、シャフトに近接して軸方向に間隔の空けられた三組の磁場センサを含むトルクセンサが記載されていて、そのシャフトは、円周方向に分極した磁気弾性活性領域を有する。各磁場センサが受信した信号は、近距離場源の影響を補償するように調整される。
【００１３】
環状の磁気弾性活性領域を備えた強磁性部材を有するトルク感知デバイスのおいては、磁場センサと或る半径の部材との間の角距離に関わらず、部材に印加されるトルクを正確に表す信号をピックアップするように、磁気弾性活性領域に近接して配置された磁場センサが望ましい。この特性を示すトルク感知デバイスは、回転信号均一性（ＲＳＵ）が改善されたものである。環状の磁気弾性活性領域に関する深度、幅、磁場強度の不均一性は、顕著なＲＳＵ信号に繋がり得て、結局、不正確なトルク測定に繋がる。また、ＲＳＵ性能の改善及びヒステリシス効果の低減は、従来技術において知られているように、磁化の前に、強磁性部材を、適切な表面硬度処理に晒すことによっても達成可能である。例えば、特許文献６には、角方向及び軸方向に間隔が空けられて、回転可能シャフトの円周方向表面に近接して配置された複数の磁場センサを組み込むことによってＲＳＵ性能の改善を示すように設計されたトルク感知デバイスが記載されている。
【００１４】
従来技術に記載されているトルク感知デバイスは、ＲＳＵ性能の改善及びコンパシングによって生じる悪影響を低減しながら、シャフトとディスク状部材の半径方向隔離部分との間に伝達されるトルクを測定するように特別に構成されたものではない。従って、このようなデバイスが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４８９６５４４号明細書
【特許文献２】米国特許第５３５１５５５号明細書
【特許文献３】米国特許第５５２００５９号明細書
【特許文献４】米国特許第６０４７６０５号明細書
【特許文献５】米国特許第６５１３３９５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０２３０９５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願において説明されるように、本発明は、軸周りに回転可能なディスク状部材（滑車、ギア、スプロケット等）のトルクを測定するのに適用可能である。
【００１７】
本発明の主な課題は、シャフトとディスク状部材の半径方向離隔部分との間に伝達されるトルクを測定するために、ディスク状部材に近接して配置された非接触磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することである。
【００１８】
本発明の他の課題は、印加トルクを表す信号を出力する磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することであり、その出力信号は、印加トルクの変化に対して線形に変化する。
【００１９】
本発明の他の課題は、対で配置された磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することであり、それら磁場センサは、互いに逆向きの感知方法を有し、磁気的ノイズの悪影響（コンパシングを含む）を最少化する。
【００２０】
本発明の他の課題は、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を増強するように、二重の分離されていない逆に分極した磁気的に調整された領域を有する環状の磁気弾性活性領域を有するトルク感知デバイスを提供することである。
【００２１】
本発明の他の課題は、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を増強するように、特別に配置された複数の角度的に間隔の空けられた磁場センサを有するトルク感知デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
概説すると、本発明の上記及び他の課題、利点、並びに特徴は、本願において実施され完全に説明されるような磁気トルク感知デバイスによって達成され、その磁気トルク感知デバイスは、対向する略円形の表面及び回転中心軸を有する略ディスク状部材と、磁気弾性活性領域を形成するようにディスク状部材の上に配置された強磁性且つ磁歪性の第一及び第二の磁気的に調整された領域と、互いに隣接して且つ磁気弾性活性領域に近接して配置された少なくとも一対の磁場センサとを備え、磁気弾性活性領域が、ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成し、磁気活性領域が、ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に磁気弾性活性領域内の磁化が初期状態に戻るのに十分な磁気異方性を有し、各対の磁場線センサの感知方向が互いに逆向きであり、且つ、第一及び第二の磁気的に調整された領域の分極方向に垂直であり、磁場センサが、ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、出力信号の変化が、ディスク状部材に印加されるトルクの変化に対して実質的に線形である。
【００２３】
デバイスの磁気的に調整された領域は環状であり得て、その間にギャップが存在せず、トルク感知デバイスの精度を上昇させる。デバイスは、複数の対の磁場センサを含み得て、精度を上昇させる。磁場センサは、磁気的に調整された領域が軸方向に分極されている場合には、円周方向に向けられ得て、磁気的に調整された領域が円周方向に分極されている場合には、軸方向に向けられ得て、デバイスの線形性能を増強して精度を上昇させる。
【００２４】
以下の発明の詳細な説明、添付の特許請求の範囲及び添付図面を参照することによって、本発明の他の課題、利点及び特徴が明らかになると共に、本発明の特性がより明確に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るディスク状部材の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気弾性活性領域の大きさを示す図１のディスク状部材の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気弾性活性領域の磁化を示す図２のディスク状部材の平面図である。
【図４Ａ】本発明のトルク感知デバイスが休止状態にある際の磁気的に調整された領域内の磁場強度を示すグラフである。
【図４Ｂ】ディスク状部材と図４Ａのグラフとの間の関係性を示す本発明に係るディスク状部材の平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る磁場センサの例示的な配置を示すディスク状部材の平面図である。
【図１０】ディスク状部材がトルクを受けた際の磁気弾性活性領域の磁化の変化を示す本発明に係るディスク状部材の斜視図である。
【図１１】自動車の駆動系に使用される本発明に係る例示的なトルク感知デバイスを示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の複数の好ましい実施形態を例示目的で説明するが、本発明が、図面に特に示されない他の形態でも実施可能であることは理解されたい。図面は例示目的で提供されるものであって、縮尺通りではない。
【００２７】
まず図１を参照すると、本発明のトルク感知デバイスに係る略ディスク状部材１１０の斜視図が示されている。ディスク１１０は、強磁性体製であるか、又は、磁気弾性活性領域１４０を少なくとも含む。ディスク１１０を形成するために選択された物質は、磁気弾性活性領域１４０内に残留磁化を少なくとも形成するための磁区の存在を保証するように少なくとも強磁性でなければならず、また、磁気弾性活性領域１４０内の磁力線の向きが、印加トルクに関連する応力によって変更可能であるように磁歪性でなければならない。ディスク１１０は、完全にソリッドであるか、又は部分的に中空であり得る。ディスクは、一様な一物質製であるか、又は複数物質の混合物製であり得る。ディスクは任意の厚さのものであり得るが、好ましくは略３ｍｍから略１ｃｍの厚さである。
【００２８】
磁気弾性活性領域１４０は好ましくは平坦であり、少なくとも二つの半径方向に区別可能であり、環状で、逆向きに分極された磁気的に調整された領域（磁気的に条件付けされた領域）１４２、１４４を備えて、トルク感知デバイスの磁気弾性活性領域を画定している。しかしながら、頂面１１２及び底面１１４は、図示されているように平坦である必要は無く、ディスク１１０の中心から外縁までの断面において変化する厚さを有し得る。トルク感知デバイスが必要とされる応用によっては、磁場センサ１５２、１５４をディスク１１０の両面に配置することが実用的でなくなり得る。従って、本発明は、磁気弾性活性領域１４０が、ディスク１１０の一方の表面上にのみ存在する場合に機能するように設計される。しかしながら、磁気弾性活性領域１４０は、ディスク１１０の両面に存在してもよい。
【００２９】
図２は、ディスク１１０の側面を示し、磁気弾性活性領域１４０がディスク１１０の環状部分に形成され得るプロセスを示す。図示されるように、逆方向の磁化（従って逆極性）を有する二つの永久磁石２０２、２０４は、距離ｄ１においてディスク１１０の表面に近接して配置される。永久磁石２０２、２０４の配置に続いて、ディスク１１０が、中心軸Ｏ周りに回転され得て、二つの環状で逆向きに分極されて磁気的に調整された領域１４２、１４４が形成される。代わりに、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０を静止させたままで、永久磁石を中心軸Ｏ周りに回転されることによっても形成可能である。磁気弾性活性領域１４０の形成中、中心軸Ｏ周りの回転速度、及び永久磁石２０２、２０４とディスク表面１１０との間の距離は、磁気弾性活性領域１４０の均一性を保証して、トルク感知デバイスのＲＳＵ性能を改善するために一定に保たれることが望ましい。好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石２０２、２０４は互いに隣接して配置され、その間にギャップが存在せず、その間にギャップの存在しない磁気的に調整された領域１４２、１４４を形成する。磁気的に調整された領域１４２、１４４間にギャップが存在しないことは、ＲＳＵ性能の改善されたトルク感知デバイスをもたらすものと理解される。
【００３０】
磁気弾性活性領域１４０の形成において、永久磁石２０２、２４０の強度、及び永久磁石２０２、２０４とディスク１１０との間の距離ｄ１は、トルク感知デバイスの性能を最適化するように注意深く選択されなければならない。より強力な永久磁石２０２、２０４を用いることによって、また、永久磁石２０２、２０４をよりディスク１１０の近くに配置することによって、一般的には、トルク感知デバイスに使用された際により強力でより簡単に測定可能な信号を提供する磁気弾性活性領域１４０を形成することができる。しかしながら、極度に強力な永久磁石２０２、２０４を用いることによって、又は、永久磁石２０２、２０４を極端にディスク１１０の近くに配置することによって、印加トルクに応答してトルク感知デバイスによって生成される信号の線形性に悪影響を与えるヒステリシスを示す磁気弾性活性領域１４０が形成され得る。好ましくは、磁気弾性調整領域１４０は、ディスク１１０の表面から略０．１ｍｍから５ｍｍの間の距離に配置された矩形のＮ４２又はＮ４５等級のネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁石を用いて、形成される。より好ましくは、磁石は、ディスク１１０の表面から略３ｍｍの距離に配置される。好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の幅は１３ｍｍ以下である。より好ましくは、磁気弾性活性領域１４０の幅は略１０ｍｍである。
【００３１】
図２は、ディスク１１０の平面に垂直な磁化方向を有する永久磁石２０２、２０４を有する実施形態を示す。この構成は、軸方向（つまりディスク表面に垂直）に初め分極している磁気的に調整された領域１４２、１４４をもたらす。この構成では、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０に印加されたトルクが存在しない場合（つまり、トルク感知デバイスが休止状態である際）に、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、円周方向又は半径方向に正味の磁化成分を有さないように分極されることが好ましい。
【００３２】
磁気弾性活性領域１４０の形成中、図２に示されるように、永久磁石２０２、２０４は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が、上向きのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が下向きのＮ極を有して形成されるように、配置され得る。代わりに、磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が下向きのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が上向きのＮ極を有して形成されるように、配置され得る。
【００３３】
図３は、ディスク１１０の平面図を示し、磁気弾性活性領域１４０が、円周方向においてディスクの平面に平行な磁化方向を有する永久磁石３０２、３０４を用いて形成される実施形態を示す。この構成は、ディスク１１０の円周方向に初め分極している磁気的に調整された領域１４２、１４４をもたらす。この構成では、磁気的に調整された領域１４２、１４２は、ディスク１１０の印加されたトルクが存在しない際に磁気的に調整された領域１４２、１４４が軸方向又は半径方向に正味の磁化成分を有さないように分極されることが好ましい。
【００３４】
磁気弾性活性領域１４０の形成中、永久磁石３０２、３０４は、図３に示されるように、最内側の磁気的に調整された領域１４２が、時計回りのＮ極を有して形成され、最外側の磁気的に調整された領域１４４が、反時計回りのＮ極を有して形成されるように配置され得る。代わりに、磁気弾性活性領域の形成中、永久磁石３０２、３０４は、最内側の磁気的に調整された領域１４２が反時計回りのＮ極を有して、最外側の磁気的に調整された領域１４４が時計回りのＮ極を有するように配置され得る。
【００３５】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図４Ａは、トルク感知デバイスが休止状態の際の磁気的に調整された領域１４２、１４４内の磁場強度を示すグラフである。縦軸に沿った値は、磁気弾性活性領域１４０の磁場強度を表す。ディスク１１０の表面から発する磁場は、図２のディスク１１０のように軸方向にその主成分を有するか、又は、図３のディスク１１０のように円周方向にその主成分を有し得る。横軸に沿った値は、中心線Ｏからディスク１１０の外縁までのディスク１１０の半径に沿った距離を表す。点Ａは、ディスク１１０の中心に最も近い最内側の磁気的に調整された領域１４２の縁に沿った点に対応する。点Ｂは、ディスク１１０の円周方向縁に最も近い最外側の磁気的に調整された領域１４４の縁に沿った点を表す。点Ｃは、最内側の磁気的に調整された領域１４２と最外側の磁気的に調整された領域１４４との間の境界に沿った点に対応する。点ｒ１は、磁場強度が最大である最内側の磁気的に調整された領域１４２内の点に対応する。点ｒ２は、磁場強度が最大である最外側の磁気的に調整された領域１４４内の点に対応する。図４Ｂは、図４Ａのグラフに示される点に対応する点Ａ、Ｂ、Ｃ、ｒ１、ｒ２を有するディスク１１０を示す。ピーク磁場に対応する点ｒ１及びｒ２は、外部磁束の方向を最適化して、トルク感知デバイスの性能を最大化するように磁場センサ１５２、１５２を配置することが望ましいディスク１１０の中心からの距離を示す。図４に示される単位は例示的なものであって、本発明を限定するものではない。
【００３６】
図５を参照すると、休止状態のディスク１１０の平面図が示されていて、磁気弾性活性領域１４０が図２に示されるような永久磁石２０２、２０４によって形成されている。磁気弾性活性領域１４０は、それぞれ正及び負の軸方向に逆向きに分極した二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を含む。図５のドットは、ディスク１１０の表面に垂直に向いた磁力線５４６を示し、磁力線５４６が紙面外（上向き）に向けられる。図５の×は、ディスク１１０の表面に垂直に向いた磁力線５４８を示し、磁力線５４８は紙面内（下向き）に向けられている。
【００３７】
一対の磁場センサ５５２、５５４が、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され、各磁力センサ５５２、５５４が、磁場強度が最大である箇所において、磁気的に調整された領域１４２、１４４の一部の上に配置されている。磁場センサ５５２、５５４は、それらの感知方向が磁気弾性活性領域１４０内の磁化方向に垂直になるように向けられる。図５において、矢印は、磁場センサ５５２、５５４の感知方向を示す。磁場センサ５５２、５５４は、ディスク１１０の表面に平行な（つまり円周方向内の）感知方向を有するように向けられていて、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０の表面に垂直に（つまり軸方向において）分極される。この構成は、磁場センサ５５２、５５４によって出力される信号が、ディスク１１０に印加されるトルクの変化に対して線形に変化することを保証する。
【００３８】
磁場センサ５５２、５５４は、逆向きに分極されて、対で提供される。この配置法は、コモンモード阻止構成と称される。対の磁場センサ５５２、５５４の各々からの出力信号は足し合わされて、ディスク１１０に印加されるトルクを表す信号を提供する。外部磁場は、対の磁場センサ５５２、５５４の各々に対して同じ影響を有する。対の磁場センサ５５２、５５４が逆向きに分極されているので、磁場センサ５５２、５５４の足し合わされた出力は、外部磁場に対してゼロである。しかしながら、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、磁場センサ５５２、５５４のように逆向きに分極されているので、磁場センサ５５２、５５４の足し合わされた出力は、ディスク１１０に印加されたトルクに関して各磁場センサ５５２、５５４の出力の二倍である。従って、コモンモード阻止構成で磁場センサ５５２、５５４を配置することによって、トルク感知デバイスにおけるコンパシングの悪影響が大幅に低減される。
【００３９】
図６に示される実施形態を参照すると、休止状態のディスク１１０が示されていて、図３のような永久磁石３０２、３０４によって形成された磁気弾性活性領域１４０を有している。磁気弾性活性領域１４０は、逆向きに分極された二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を含み、磁力線６４６、６４８が円周方向において逆向きである。一対の磁場センサ６５２、６５４が、各磁場センサ６５２、６５６が、磁場強度が最大である箇所において磁気的に調整された領域１４２、１４４の一部の上に配置されるように、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され得る。磁場センサ６５２、６５４は、それらの感知方向が磁気弾性活性領域１４０内の磁化方向に垂直であるように、向けられる。図６において、ドット（紙面から出て来る方向を示す）及び×（紙面内に向かう方向を示す）は、磁場センサ６５２、６５４の感知方向を示す。磁場センサ６５２、６５４は、ディスク１１０の表面に垂直な感知方向（つまり、軸方向）を有するように向けられて、磁気的に調整された領域１４２、１４４は、ディスク１１０の表面に平行に（つまり、円周方向に）分極されて、磁場センサ６５２、６５４によって出力される信号がディスク１１０に印加されるトルクの変化に対して線形に変化することを保証する。磁場センサ６５２、６５４は、トルク感知デバイスにおけるコンパシングの影響を低減するためにコモンモード阻止構成で配置される。
【００４０】
図７を参照すると、軸方向において逆向きに分極された二重の磁気的に調整された領域１４２、１４４を有する磁気弾性活性領域１４０を有するディスク１１０が示されている。四対の磁場センサ５５２、５５４が、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置されていて、それらの感知方向は、磁気的に調整された領域１４２、１４４の磁化に垂直である。四対の磁場センサ５５２、５５４は、各対の間において略９０度で磁気弾性活性領域１４０周りに均等に間隔が空けられている。この構成は、複数の磁場センサ５５２、５５４によって出力される信号を平均化することによって、ディスク１１０に印加されるトルクのより正確な測定を可能にするので、ＲＳＵ性能を改善する。磁気弾性領域１４０における不均一性に起因する単一の磁場センサによる誤差は、複数の磁場センサ５５２、５５４からの信号が平均化された場合にはあまり顕著なものではなくなる。高度の均一性（つまり、ＲＳＵ信号が実質的にゼロ）を示す磁気弾性活性領域１４０を有するトルク感知デバイスでは、一対の磁場センサ５５２、５５４だけを用いて、十分なＲＳＵ性能を達成することができる。しかしながら、材料調製及び磁化プロセスにおける制限に起因して、顕著なゼロではないＲＳＵ信号を回避することが難しくなり得る。ＲＳＵ性能の上昇が望まれる場合、磁場センサの対の数を増やし得る。例えば、４５度の間隔で、八対の磁場センサ５５２、５５４を用いることができる。
【００４１】
図８を参照すると、磁気弾性活性領域１４０を有するディスク１１０が示されていて、磁気的に調整された領域１４２、１４４が、単一の軸方向に分極されていて、本質的には、単一の磁気的に調整された領域を形成している。磁場センサユニット８５０は、四つの個別の磁場センサ８５２、８５４、８５６、８５８を含む。一次磁場センサ８５２、８５４は、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置されて、半径方向に整列されて、磁気弾性活性領域１４０の磁化に垂直な方向に同様に分極される。二次磁場センサ８５６、８５８は、ディスク１１０に近接しているが、磁気弾性活性領域１４０から離隔して、一次磁場センサ８５２、８５４の両側に配置されて、二次磁場センサ８５６、８５８がトルク誘起信号をピックアップしないようにする。二次磁場センサ８５６、８５８は、一次磁場センサ８５２、８５４とは逆向きにおいて同じ様に分極される。この構成は、Ｌｅｅの特許文献６（参照として本願に組み込まれる）において検討されているように、ノイズ源（図示せず）が各一次磁場センサ８５２、８５４に対して異なる影響を有する局所磁場勾配を生成する場合に有利となり得る。このような場合、ノイズ源は、ノイズ源に最も近い方の二次磁場センサ８５６、８５８に対して最大の影響を有して、ノイズ源から最も遠い方の二次磁場センサ８５８、８５６に対して最少の影響を有すると考えられる。また、一次磁場センサ８５２、８５４に対するノイズ源の影響は、二次磁場センサ８５６、８５８の各々に対する影響と影響の間であると考えられる。最後に、二次磁場センサ８５６、８５８によってピックアップされるノイズ誘起信号の和は、一次磁場センサ８５２、８５４によってピックアップされるノイズ誘起信号の和と値において等しいと考えられる。従って、四つの磁場センサ８５２、８５４、８５６、８５８の各々によってピックアップされる信号を足し合わせることによって、磁場センサユニット８５０に対する磁気ノイズの影響がキャンセルされて、磁場センサユニット８５０によってピックアップされる複合信号が、完全にトルク誘起のものになる。
【００４２】
図９は、ディスク１１０の半径方向空間が限られている場合に有利となり得るディスク１１０の構成を示す。ディスク１１０は、単一に軸方向に分極された単一の磁気的に調整された領域１４３を備えた磁気弾性活性領域１４０を有する。磁場センサユニット９５０は、四つの個別の磁場センサ９５２、９５４、９５６、９５８を含む。一次磁場センサ９５２、９５４は、磁気弾性活性領域１４０に近接して配置され、円周方向に整列されて、磁気弾性活性領域１４０の磁化に垂直な方向において同様に分極されている。二次磁場センサ９５６、９５８は、ディスク１１０に近接しているが、磁気弾性活性領域１４０から離隔して一次磁場センサ９５２、９５４の両側に配置されて、二次磁場センサ９５６、９５８がトルク誘起信号をピックアップしないようにする。二次磁場センサ９５６、９５８は、一次磁場センサ９５２、９５４とは逆方向において同様に分極される。この構成は、Ｌｅｅの特許文献６（本願に参照として組み込まれる）において検討されているように、ノイズ源（図示せず）が、一次磁場センサ９５２、９５４の各々に対して異なる影響を有する局所磁場勾配を生成する場合に有利となり得る。このような場合、ノイズ源は、ノイズ源から最も近い方の二次磁場センサ９５６、９５８に対して最大の影響を有し、ノイズ源から最も遠い方の二次磁場センサ９５８、９５６に対して最少の影響を有すると考えられる。また、一次磁場センサ９５２、９５４に対する影響は、二次磁場センサ９５６、９５８の各々に対する影響と影響との間であると考えられる。最後に、二次磁場センサ９５６、９５８によってピックアップされるノイズ誘起信号の和は、一次磁場センサ９５２、９５４によってピックアップされるノイズ誘起信号の和と値において等しいと考えられる。従って、四つの磁場センサ９５２、９５４、９５６、９５８の各々によってピックアップされる信号を足し合わせることによって、磁場センサユニット９５０に対する磁気ノイズの影響がキャンセルされて、磁場センサユニット９５０によってピックアップされる複合信号が完全にトルク誘起のものになる。
【００４３】
図１０は、トルク感知デバイスによってディスク１１０に印加されるトルクを測定する原理を図解する。上述のように、休止状態において、磁気弾性活性領域１４０内の磁場は、図５に示されるように実質的に軸方向においてのみ整列されるか、又は、図６に示されるように実質的に円周方向においてのみ整列される。トルクがディスク１１０に印加されると、磁気弾性活性領域１４０内の磁気モーメントは、図１０の矢印Ａによって示されるように、ディスク１１０の表面に対して略４５度の角度を成すせん断応力方向に沿って傾斜する傾向にある。この傾斜によって、磁気弾性活性領域１４０の磁化が、初期方向における成分の減少及びせん断応力方向における成分の増大を示すようになる。傾斜の程度は、ディスク１１０に印加されるトルクの強度に比例する。磁場センサ１５２、１５４は、磁場センサ１５２、１５４の感知方法に沿った磁場成分の強度の変化を感知することができる。従って、トルクがディスク１１０に印加されると、磁場センサ１５２、１５４は、印加トルクに比例した信号を出力する。
【００４４】
磁場センサ１５２、１５４は、当該分野において既知であり、フラックスゲートインダクタ、ホール効果センサ等の磁場ベクトルセンサデバイスが挙げられる。好ましくは、本発明に係る磁場センサは、ソレノイダル形状を有するフラックスゲートインダクタである。他の実施形態では、磁場センサ１５２、１５４は、集積回路ホール効果センサであり得る。図１０に示されるような導体１５６が、磁場センサを、直流電源に接続して、磁場センサ１５２、１５４の信号出力を、制御又はモニタリング回路等の受信デバイス（図示せず）に転送する。
【００４５】
図１１を参照すると、本発明に係るトルク変換器１１００の斜視分解図が示されている。図示される例示的な実施形態では、トルク変換器１１００は、ディスク１１１０と、ハブ１１２０と、シャフト１１３０とを含む。ディスク１１１０、ハブ１１２０、及びシャフト１１３０は個別部品であり得る（必須ではない）。ディスク１１１０は、軸方向に薄くて、略ディスク状の部材であり得て、完全に平坦であるか又は輪郭を含み得る。ハブ１１２０は、シャフト１１３０にディスク１１２０を強固に取り付けることによって、機能する。取り付けは、既知の手段によって直接又は間接になされ得て、ハブ１１２０及びシャフト１１３０が、シャフト１１３０に印加されるトルクがハブ１１２０に比例的に伝送されるような、また、その逆となるような機械的ユニットとして機能するようにする。取り付け手段の例として、ピン、スプライン、キー、溶接、接着剤、プレス又は収縮フィット等が挙げられる。ディスク１１１０は、適切な方法によってハブ１１２０に取り付けられ得て、ディスク１１１０及びハブ１１２０が、ハブ１１２０に印加されたトルクがディスク１１１０に比例的に伝達されるような、また、その逆となるような機械的ユニットして機能するようにする。好ましくは、ホール１１１２、１１２２がディスク１１１０及びハブ１１２０に設けられて、ディスク１１１０のホール１１２がハブ１１２０のホール１１２２に対応するようにする。締め具（ボルト等）を、ディスク１１１０のホール１１１２及びハブ１１２０の対応するホール１１２２を通して挿入し得て、強固な取り付けが、ディスク１１１０とハブ１１２０との間に形成されるようにする。代替的な取り付け手段の例として、リベット、溶接等が挙げられる。
【００４６】
ディスク１１１０は、リム１１６０に取り付けられ得て、リム１１６０に取り付けられたディスク１１１０の一部が、ハブ１１２０に取り付けられたディスク１１１０の一部と半径方向において区別可能となる。リム１１６０は、ディスク１１１０の周囲を取り囲み、又はディスク１１１０の表面に取り付けられ得る。リム１１６０はディスク１１１０の一体部分であり得る。ディスク１１１０及びリム１１６０は、ディスク１１１０の印加されるトルクがリム１１６０に比例的に伝達されるように、また、その逆となるような機械的ユニットとして機能する。リム１１６０は、駆動する又は駆動される部材に対する主な接線力の伝達のための力伝達特徴部１１６２を含み得る。
【００４７】
本発明の例示的な実施形態は、自動車のエンジンに関連して使用するためのトルク感知デバイスであり、ディスク１１１０が駆動プレートを含み、シャフト１１３０がクランクシャフトを含み、リム１１６０がトルク変換器を含む。しかしながら、当業者には、本発明が特定のタイプの自動車の構成に限定されるものではなく、一般的な自動車の応用に限定されるものでもないことは明らかである。
【００４８】
リム１１６０及びハブ１１２０は好ましくは、非強磁性体製であり、又は、ハブ１１２０とディスク１１１０との間、及びディスク１１１０とリム１１６０との間に挿入された低透磁率リング（図示せず）等の非強磁性スペーサによってディスク１１１０から磁気的に分離されている。
【００４９】
磁気弾性活性領域１１４０は、印加トルクがゼロに下がった際に磁化が休止又は初期方向に戻るのに十分な異方性を有していなければならない。磁気異方性は、ディスク１１１０の物質の物理的作用によって、又は他の方法によって誘起され得る。磁気異方性を誘起する例示的な方法は、特許文献３（参照として本願に組み込まれる）に開示されている。
【００５０】
好ましくは、ディスク１１１０は、ＡＩＳＩ９３１０物質製である。ディスクが形成される代替的な物質の例は、特許文献３及び特許文献５（参照として本願に組み込まれる）に開示されている。ディスク１１１０は、特に望ましい結晶構造を有する物質製であり得る。
【００５１】
本発明の他の実施形態では、磁気弾性活性領域１１４０が、ディスク１１１０とは別に形成され得て、その後、接着剤、溶接、締め具等の手段によってディスク１１１０に適用されて、ディスク１１１０内に誘起されるトルクが、磁気弾性活性領域内に誘起されるトルクに伝えられて、またこれに比例するようにする。
【００５２】
本発明の動作時には、磁場が磁気弾性活性領域１１４０から生じて、その磁場が、磁場センサ１１５２、１１５４が配置されている空間だけではなくて、ディスク１１１０自体によって占められている空間にも充満する。ディスク１１１０の非活性部分内に生じる磁化の変化は、磁場センサ１１５２、１１５４が配置されている空間領域に充満し得る寄生磁場の形成をもたらし得る。ハブ１１２０及びリム１１６０は、寄生磁場を低減又は排除するように非強磁性体製であり得る。従って、磁気弾性活性領域１１４０の伝達機能を損なわないため、寄生場が、磁気弾性活性領域から生じる磁場と比較して非常に小さい、理想的にはゼロであることが重要であり、又は、顕著な強度の場合には、寄生場が印加トルクに対して線形且つ非ヒステリシス的に変化する（又は全く変化しない）ことが重要であり、また、寄生場が、時間に対して安定であり、また、シャフト１１３０、ディスク１１１０及び磁気弾性活性領域１１４０が晒され得る動作条件及び環境条件下において安定であることが重要である。言い換えると、生じる寄生場は、磁気弾性活性領域の場と比較して十分に小さくなければならず、磁場センサ１１５２、１１５４が受ける正味の場が、トルク感知目的にとって有用であるようにする。従って、寄生場の悪影響を最少化するため、磁気弾性活性領域１１４０から生じる場が、磁気弾性活性領域に近接するディスク１１１０の領域を磁化しないのに十分高い飽和保磁力を有するディスク物質を利用することが重要であり、磁場センサ１１５２、１１５４が受ける正味の磁場の有用性（トルク感知目的にとって）を破壊しないのに十分な強度のものである寄生磁場を生じさせるようにする。これは、例えば、ディスク１１１０の飽和保磁力が１５Ｏｅ以上、好ましくは２０Ｏｅ以上、最も望ましくは３５Ｏｅ以上である物質を用いることによって、達成可能である。
【００５３】
トルクに加えて、本発明は、出力、エネルギー、回転速度を測定することもできて、ここで、
出力＝トルク×２π×回転速度
エネルギー＝出力／時間
である。
【００５４】
本発明の現状において好ましい実施形態を本願において具体的に説明してきたが、当業者には、本願で示され説明された多様な実施形態のバリエーション及び修正が、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに為され得ることは明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及び適用法令によって規定される程度においてのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１１０ ディスク
１１２ 頂面
１１４ 底面
１４０ 磁気弾性活性領域
１４２、１４４ 磁気的に調整された領域
１５２、１５４ 磁場センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する略円形の間隔の空けられた表面を有し、回転中心軸を形成している略ディスク状部材と、
前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成するための磁気弾性活性領域を形成している前記ディスク状部材の少なくとも一部の上又は中に配置された強磁性且つ磁歪性の第一及び第二の磁気的に調整された領域であって、前記磁気弾性活性領域が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記磁気弾性活性領域内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、第一及び第二の磁気的に調整された領域と、
少なくとも一対の磁場センサであって、前記磁場センサの各々が、感知方向を有し、互いに隣接して且つ前記磁気弾性活性領域に近接して配置されていて、第一のセンサの感知方向が、第二のセンサの感知方向と逆向きであり、前記第一及び第二の磁気的に調整された領域の分極方向に垂直であり、前記磁場センサが、前記ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、前記出力信号の変化が、前記ディスク状部材に印加されるトルクの変化に対して実質的に線形である、少なくとも一対の磁場センサとを備えた磁気トルク感知デバイス。
【請求項２】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が環状である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が、該第一及び第二の磁気的に調整された領域の間に半径方向のギャップを有さずに配置されている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が最初軸方向において逆向きに分極されていて、各対の磁場センサの感知方向が円周方向において逆向きに向けられている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項５】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が最初円周方向において逆向きに分極されていて、各対の磁場センサの感知方向が軸方向において逆向きに向けられている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項６】
互いに角度がずらされた少なくとも四対の磁場センサを備えた請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項７】
互いに角度がずらされた少なくとも八対の磁場センサを備えた請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも一対の磁場センサがフラックスゲートセンサを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項９】
前記少なくとも一対の磁場センサがホール効果センサを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１０】
前記ディスク状部材の少なくとも一部が、少なくともＡＩＳＩ９３１０物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１１】
前記磁気弾性活性領域が、逆向きの極性で配置された一対の永久磁石を用いることによって、前記ディスク状部材の上に形成されている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１２】
前記ディスク状部材が、１５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１３】
前記ディスク状部材が、２０Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１４】
前記ディスク状部材が、３５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１５】
前記ディスク状部材が駆動プレートを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１６】
トルク伝達素子を更に備え、前記トルク伝達素子が、前記トルク伝達素子に印加されるトルクが前記トルク伝達素子と前記ディスク状部材との間において比例的に伝達されるように、前記回転中心軸において前記ディスク状部材の一部に直接若しくは間接に取り付けられているか又は前記ディスク状部材の一部を形成している、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１７】
前記トルク伝達素子がクランクシャフトを備える、請求項１６に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１８】
磁気トルク感知デバイスを製造するための方法であって、
対向する略円形の間隔の空けられた表面と回転中心軸とを有する略ディスク状部材を提供するステップであって、前記ディスク状部材が、強磁性且つ磁歪性の少なくとも一つの部分を含み、前記部分が、前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成し、前記部分が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記部分内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、ステップと、
前記ディスク状部材の表面から第一の距離において前記ディスク状部材の表面に近接して逆向きに分極された一対の永久磁石を配置するステップと、
前記ディスク状部材を中心軸周りに回転させて、二つの環状で逆向きに分極された磁気的に調整された領域を形成するステップとを備えた方法。
【請求項１９】
前記一対の永久磁石が、前記一対の永久磁石の間に半径方向のギャップを有さずに配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記一対の永久磁石が、該一対の永久磁石が前記ディスク状部材に対して軸方向において逆向きに分極されるように、配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記一対の永久磁石が、該一対の永久磁石が前記ディスク状部材に対して円周方向において逆向きに分極されるように、配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記一対の永久磁石が、矩形のＮ４２又はＮ４５等級のネオジム鉄ホウ素磁石である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の距離が略０．１ｍｍから５ｍｍの間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の距離が略３ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
対向する略円形の間隔の空けられた表面を有し、回転中心軸を形成している略ディスク状部材と、
前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成するための磁気弾性活性領域を形成する前記ディスク状部材の少なくとも一部の上又は中に配置された磁歪性の磁気的に調整された領域であって、前記磁気弾性活性領域が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記磁気弾性活性領域内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、磁気的に調整された領域と、
少なくとも一つの磁場センサユニットとを備えた磁気トルク感知デバイスであって、
前記少なくとも一つの磁場センサユニットが、
互いに隣接して且つ前記磁気的に調整された領域に近接して配置された一対の一次磁場センサであって、前記一次磁場センサの各々が感知方向を有し、第一の一次磁場センサの感知方向が、第二の一次磁場センサの感知方向と同じであり、且つ、前記磁気的に調製された領域の分極方向に垂直である、一対の一次磁場センサと、
前記一対の一次磁場センサに隣接して且つ前記磁気的に調整された領域から離隔して配置された第一の二次磁場センサであって、第一及び第二の一次磁場センサの感知方向と逆向きの感知方向を有する第一の二次磁場センサと、
前記一対の一次磁場センサに隣接して、前記第一の二次磁場センサの反対側に且つ前記磁気的に調整された領域から離隔して配置された第二の二次磁場センサであって、第一及び第二の一次磁場センサの感知方向と逆向きの感知方向を有する第二の二次磁場センサとを備え、
前記一次磁場センサ及び前記二次磁場センサが共に、前記ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、前記出力信号の変化が、前記ディスク状部材に印加されるトルクの変化対して実質的に線形である、磁気トルク感知デバイス。
【請求項２６】
前記磁気的に調整された領域が環状である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２７】
前記磁気的に調整された領域が最初軸方向に分極されていて、前記一次磁場センサの感知方向が第一の円周方向に向けられていて、前記二次磁場センサの感知方向が、前記第一の円周方向と逆向きの第二の円周方向に向けられている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２８】
前記磁気的に調整された領域が最初円周方向に分極されていて、前記一次磁場センサの感知方向が第一の軸方向に向けられていて、前記二次磁場センサの感知方向が、前記第一の軸方向と逆向きの第二の軸方向に向けられている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２９】
互いに角度がずらされた少なくとも四つの磁場センサユニットを備えた請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３０】
互いに角度がずらされた少なくとも八つの磁場センサユニットを備えた請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３１】
前記少なくとも一つの磁場センサユニットがフラックスゲートセンサを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３２】
前記少なくとも一つの磁場センサユニットがホール効果センサを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３３】
前記ディスク状部材の少なくとも一部が少なくともＡＩＳＩ９３１０物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３４】
前記ディスク状部材が、１５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３５】
前記ディスク状部材が、２０Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３６】
前記ディスク状部材が、３５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３７】
前記ディスク状部材が駆動プレートを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３８】
トルク伝達素子を更に備え、前記トルク伝達素子が、前記トルク伝達素子に印加されるトルクが前記トルク伝達素子と前記ディスク状部材との間において比例的に伝達されるように、前記回転中心軸において前記ディスク状部材の一部に直接若しくは間接に取り付けられているか又は前記ディスク状部材の一部を形成している、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３９】
前記トルク伝達素子がクランクシャフトを備える、請求項３８に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４０】
第一の一次磁場センサ及び第二の一次磁場センサが半径方向に整列されている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４１】
第一の一次磁場センサ及び第二の一次磁場センサが円周方向に整列されている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１】
対向する略円形の間隔の空けられた表面を有し、回転中心軸を形成している略ディスク状部材と、
前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成するための磁気弾性活性領域を形成している前記ディスク状部材の少なくとも一部の上又は中に配置された強磁性且つ磁歪性の第一及び第二の磁気的に調整された領域であって、前記磁気弾性活性領域が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記磁気弾性活性領域内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、第一及び第二の磁気的に調整された領域と、
少なくとも一対の磁場センサであって、前記磁場センサの各々が、感知方向を有し、互いに隣接して且つ前記磁気弾性活性領域に近接して配置されていて、第一のセンサの感知方向が、第二のセンサの感知方向と逆向きであり、前記第一及び第二の磁気的に調整された領域の分極方向に垂直であり、前記磁場センサが、前記ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、前記出力信号の変化が、前記ディスク状部材に印加されるトルクの変化に対して実質的に線形である、少なくとも一対の磁場センサとを備えた磁気トルク感知デバイス。
【請求項２】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が環状である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が、該第一及び第二の磁気的に調整された領域の間に半径方向のギャップを有さずに配置されている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が最初軸方向において逆向きに分極されていて、各対の磁場センサの感知方向が円周方向において逆向きに向けられている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項５】
前記第一及び第二の磁気的に調整された領域が最初円周方向において逆向きに分極されていて、各対の磁場センサの感知方向が軸方向において逆向きに向けられている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項６】
互いに角度がずらされた少なくとも四対の磁場センサを備えた請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項７】
互いに角度がずらされた少なくとも八対の磁場センサを備えた請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも一対の磁場センサがフラックスゲートセンサを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項９】
前記少なくとも一対の磁場センサがホール効果センサを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１０】
前記ディスク状部材の少なくとも一部が、少なくともＡＩＳＩ９３１０物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１１】
前記磁気弾性活性領域が、逆向きの極性で配置された一対の永久磁石を用いることによって、前記ディスク状部材の上に形成されている、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１２】
前記ディスク状部材が、１５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１３】
前記ディスク状部材が、２０Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１４】
前記ディスク状部材が、３５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１５】
前記ディスク状部材が駆動プレートを備える、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１６】
トルク伝達素子を更に備え、前記トルク伝達素子が、前記トルク伝達素子に印加されるトルクが前記トルク伝達素子と前記ディスク状部材との間において比例的に伝達されるように、前記回転中心軸において前記ディスク状部材の一部に直接若しくは間接に取り付けられているか又は前記ディスク状部材の一部を形成している、請求項１に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１７】
前記トルク伝達素子がクランクシャフトを備える、請求項１６に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項１８】
磁気トルク感知デバイスを製造するための方法であって、
対向する略円形の間隔の空けられた表面と回転中心軸とを有する略ディスク状部材を提供するステップであって、前記ディスク状部材が、強磁性且つ磁歪性の少なくとも一つの部分を含み、前記部分が、前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成し、前記部分が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記部分内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、ステップと、
前記ディスク状部材の表面から第一の距離において前記ディスク状部材の表面に近接して逆向きに分極された一対の永久磁石を配置するステップと、
前記ディスク状部材を中心軸周りに回転させて、二つの環状で逆向きに分極された磁気的に調整された領域を形成するステップとを備えた方法。
【請求項１９】
前記一対の永久磁石が、前記一対の永久磁石の間に半径方向のギャップを有さずに配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記一対の永久磁石が、該一対の永久磁石が前記ディスク状部材に対して軸方向において逆向きに分極されるように、配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記一対の永久磁石が、該一対の永久磁石が前記ディスク状部材に対して円周方向において逆向きに分極されるように、配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記一対の永久磁石が、矩形のＮ４２又はＮ４５等級のネオジム鉄ホウ素磁石である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の距離が略０．１ｍｍから５ｍｍの間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の距離が略３ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
対向する略円形の間隔の空けられた表面を有し、回転中心軸を形成している略ディスク状部材と、
前記ディスク状部材に印加されるトルクと共に変化する磁場を生成するための磁気弾性活性領域を形成する前記ディスク状部材の少なくとも一部の上又は中に配置された磁歪性の磁気的に調整された領域であって、前記磁気弾性活性領域が、前記ディスク状部材に印加されるトルクがゼロに下がった際に前記磁気弾性活性領域内の磁化を初期状態に戻すのに十分な磁気異方性を有する、磁気的に調整された領域と、
少なくとも一つの磁場センサユニットとを備えた磁気トルク感知デバイスであって、
前記少なくとも一つの磁場センサユニットが、
互いに隣接して且つ前記磁気的に調整された領域に近接して配置された一対の一次磁場センサであって、前記一次磁場センサの各々が感知方向を有し、第一の一次磁場センサの感知方向が、第二の一次磁場センサの感知方向と同じであり、且つ、前記磁気的に調製された領域の分極方向に垂直である、一対の一次磁場センサと、
前記一対の一次磁場センサに隣接して且つ前記磁気的に調整された領域から離隔して配置された第一の二次磁場センサであって、第一及び第二の一次磁場センサの感知方向と逆向きの感知方向を有する第一の二次磁場センサと、
前記一対の一次磁場センサに隣接して、前記第一の二次磁場センサの反対側に且つ前記磁気的に調整された領域から離隔して配置された第二の二次磁場センサであって、第一及び第二の一次磁場センサの感知方向と逆向きの感知方向を有する第二の二次磁場センサとを備え、
前記一次磁場センサ及び前記二次磁場センサが共に、前記ディスク状部材に印加されるトルクを表す出力信号を提供し、前記出力信号の変化が、前記ディスク状部材に印加されるトルクの変化対して実質的に線形である、磁気トルク感知デバイス。
【請求項２６】
前記磁気的に調整された領域が環状である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２７】
前記磁気的に調整された領域が最初軸方向に分極されていて、前記一次磁場センサの感知方向が第一の円周方向に向けられていて、前記二次磁場センサの感知方向が、前記第一の円周方向と逆向きの第二の円周方向に向けられている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２８】
前記磁気的に調整された領域が最初円周方向に分極されていて、前記一次磁場センサの感知方向が第一の軸方向に向けられていて、前記二次磁場センサの感知方向が、前記第一の軸方向と逆向きの第二の軸方向に向けられている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項２９】
互いに角度がずらされた少なくとも四つの磁場センサユニットを備えた請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３０】
互いに角度がずらされた少なくとも八つの磁場センサユニットを備えた請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３１】
前記少なくとも一つの磁場センサユニットがフラックスゲートセンサを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３２】
前記少なくとも一つの磁場センサユニットがホール効果センサを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３３】
前記ディスク状部材の少なくとも一部が少なくともＡＩＳＩ９３１０物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３４】
前記ディスク状部材が、１５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３５】
前記ディスク状部材が、２０Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３６】
前記ディスク状部材が、３５Ｏｅ以上の飽和保磁力を有する物質製である、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３７】
前記ディスク状部材が駆動プレートを備える、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３８】
トルク伝達素子を更に備え、前記トルク伝達素子が、前記トルク伝達素子に印加されるトルクが前記トルク伝達素子と前記ディスク状部材との間において比例的に伝達されるように、前記回転中心軸において前記ディスク状部材の一部に直接若しくは間接に取り付けられているか又は前記ディスク状部材の一部を形成している、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項３９】
前記トルク伝達素子がクランクシャフトを備える、請求項３８に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４０】
第一の一次磁場センサ及び第二の一次磁場センサが半径方向に整列されている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【請求項４１】
第一の一次磁場センサ及び第二の一次磁場センサが円周方向に整列されている、請求項２５に記載の磁気トルク感知デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４Ａ】
【図２】
【図３】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４Ａ】
【公開番号】特開２０１３−９２５２３（Ｐ２０１３−９２５２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２２９６３５（Ｐ２０１２−２２９６３５）
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（５００４４６６３８）メソード・エレクトロニクス・インコーポレーテッド (13)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２９６３５（Ｐ２０１２−２２９６３５）
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（５００４４６６３８）メソード・エレクトロニクス・インコーポレーテッド (13)
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