特許 6034825 磁気弾性トルクセンサおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6034825

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】磁気弾性トルクセンサおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20161121BHJP

【ＦＩ】

   G01L3/10

【請求項の数】8

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-92338(P2014-92338)

(22)【出願日】2014年4月28日

(65)【公開番号】特開2014-219402(P2014-219402A)

(43)【公開日】2014年11月20日

【審査請求日】2014年12月11日

(31)【優先権主張番号】13165899.9

(32)【優先日】2013年4月30日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】502173523

【氏名又は名称】メソッド・エレクトロニクス・マルタ・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】バラッコ イグナツィオ

(72)【発明者】

【氏名】ミール アセッド

(72)【発明者】

【氏名】ギーシブル ヨハネス

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５１４５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０９３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８０４２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

近隣の磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するための方法であって、
少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材と、
前記部材に作用するトルクが比例的に伝達されるような仕方で、前記部材の内面に有効な磁気弾性的活性領域であって、前記トルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む、前記磁気弾性的活性領域と、
前記磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するために、前記少なくとも１つの領域に近接して配置された、少なくとも４つの一次磁場センサと、
近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する第２の信号を出力するために前記複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、
前記近隣の磁場源から発生する前記周囲磁束に対応する第３の信号を出力するために前記複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ前記第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、
を備え、
前記一次および二次の磁場センサが、前記長手方向に延びる部材内に配置されており、
前記磁場センサが、単一のプリント回路基板上に装着されており、
２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の第１の面に装着され、且つ他方の２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の、反対側の第２の面に装着されており、
前記プリント回路基板の前記第１の面の前記２つの一次磁場センサの位置が、前記第２の面の前記２つの一次磁場センサの位置と目一杯重なり、
前記磁場センサは、線対称の水平軸および線対称の縦軸に対して対称的に配置され、前記水平軸及び縦軸は、いずれも前記プリント回路基板の平面内にあり、且つ前記磁場センサの幾何学的な重心において互いに交差するトルクセンサを提供するステップと、
前記トルクの作用時に前記第１の信号を受信するステップと、
前記第２および第３の信号を受信するステップと、
前記第２および第３の信号を用いて前記第１の信号を調整して、前記近隣の磁場源の影響を解消するステップと、を含む方法。

【請求項2】

トルクセンサであって、
長手方向に延びる少なくとも一部が中空の部材と、
前記部材に作用するトルクが比例的に伝達されるような磁気弾性的活性領域であって、前記トルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む、前記磁気弾性的活性領域と、
前記磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するために、前記少なくとも１つの領域に近接して配置され、且つ前記長手方向に延びる部材に対し径方向に位置合わせされた、少なくとも４つの一次磁場センサと、
前記複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、
前記複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ前記第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、を備え、
前記一次および二次の磁場センサが、前記長手方向に延びる部材内に配置されており、
前記磁場センサが、単一のプリント回路基板上に装着されており、
２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の第１の面に装着され、且つ他の２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の、反対側の第２の面に装着されており、
前記プリント回路基板の第１の面の前記２つの一次磁場センサの位置が、前記第２の面の前記２つの一次磁場センサの位置と目一杯重なり、
前記磁場センサは、線対称の水平軸および線対称の縦軸に対して対称的に配置され、前記水平軸及び縦軸は、いずれも前記プリント回路基板の平面内にあり、且つ前記磁場センサの幾何学的な重心において互いに交差する、トルクセンサ。

【請求項3】

前記領域内の磁化された全ドメインが最大でも前記部材の円周方向のプラス４５°またはマイナス４５°の限界値内にあるように、前記少なくとも１つの領域が磁化される、請求項２に記載のトルクセンサ。

【請求項4】

前記磁場センサが、ベクトルセンサである、請求項２または３に記載のトルクセンサ。

【請求項5】

前記ベクトルセンサが、ホール効果、磁気抵抗、磁気トランジスタ、磁気ダイオード、ＭＡＧＦＥＴ場センサ、またはフラックスゲート磁気計のうちの１つである、請求項４に記載のトルクセンサ。

【請求項6】

前記部材が、オンロードまたはオフロード車両、船、または工業プロセス内に組み込まれた少なくとも部分的に中空のシャフトである、請求項２から５までのいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項7】

前記部材は、少なくとも一部が強磁性材料から形成されている、請求項２から６までのいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項8】

請求項２から７までのいずれか１項に記載のトルクセンサを備える油圧動力ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、磁場センサの使用を伴うシステムおよび方法に関し、特に本発明は、トルク由来の磁場を測定しながら磁場ノイズを打ち消すセンサおよび回路を伴うシステム、方法、および機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、その開示が参照によって本明細書に全体的に組み込まれるのだが、磁場センサを用いている近隣の諸磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するためのトルクセンサおよび方法を開示している。前記磁場センサは、長手方向に延びる部材に近接して配置される。前記長手方向に延びる部材は、磁気弾性的活性領域を備えている。前記磁気弾性的活性領域は、当該部材に作用するトルクが、この磁気弾性的活性領域に比例的に伝達されるような仕方で、当該部材の表面の一部に取り付けられ、あるいは当該部材の表面の一部を形成している。前記磁気弾性的活性領域は、磁気分極した少なくとも１つの領域を含み、それにより、作用するトルクが増大するにつれて磁化極性は次第にらせん形状になる。磁場センサからの信号は、近隣の磁場源の影響を解消するように処理される。

【0003】

特許文献２は、その開示が参照によって本明細書に全体的に組み込まれるだが、単一の環状に磁化された領域を開示している。該領域においては、磁気双極子が捩り応力の存在下で傾き、それによって外部から測定可能な磁場が発生する。磁場というものは、その測定という面では、置き換え可能であるため、特許文献２に開示されたセンサは、外部起源の他の磁場の影響を受けやすくなる場合がある。特に、地球の磁場は、「コンパシング」として知られている現象を引き起こし得る。「コンパシング」は、測定された場がトルクに依存する磁場と地球の南北の磁場とを加えた成分の合計となるものである。この開示の文脈では、用語「コンパシング」は、磁場センサと外部に由来する磁場との間の相互作用の結果生じるあらゆる誤差を説明するために使用されるものである。

【0004】

特許文献３は、その開示が参照によってこれもまた本明細書に全体的に組み込まれるものであるが、このコンパシング問題に対し、近接した第２の領域の追加によって対処している。第２の領域は、第１の領域とは反対の環状方向に磁化される。この配置は、２つのトルクに依存する磁場を生み出す。さらにこれら領域の従属的な磁化（acquiescent magnetization）は反対方向であるため、トルクに依存する磁場は、等しいが磁気極性は反対である。特許文献３で説明された２つの領域に対応しているのは、ふたつの磁場センサである。これらは、各々が相手側とは反対の軸方向極性を有する（ただし、対応する磁化領域の各々に対しては、同じ極性を有する）。したがって、環境遠磁場（ambient magnetic far field）は、それぞれの磁場センサに対し、等しく逆向きの影響を及ぼし、それによってその測定値を打ち消す。すなわち非発散（遠）磁場は、概ね等しい大きさであるが（その取り付けられた形状により）反対の極性で、対応する磁場センサの各々に影響を及ぼすことになる。したがって、出力値を合計することにより、すべてのコモンモード外部磁場が打ち消される。

【0005】

遠磁場に関しては、特許文献３の教示は効果的ではあるが、発散近磁場（divergent near field）は、２つの磁場センサの各々を明らかに異なる磁場の強度および方向に露出させる可能性がある。このシナリオでは、２つの磁場センサ出力は、互いを打ち消す、等しいが反対の誤差成分を反映することはなく、むしろ、測定に誤差を生じさせる不均等な反対成分を反映する。実際、特許文献３に開示された本発明の構成は、局所的な発散磁場の存在下でエラーを起こしやすい。２つの磁場センサが発散磁場のさまざまな大きさを経験するからである。近磁場源を起点とする、２つの磁場センサ間の磁場の相違が、トルクに誘発された磁場と不均衡に組み合わさり、誤ったトルク値をもたらす。したがってこの近磁場の影響を解消することが重要である。

【0006】

正確なトルクに依存する磁場測定を損なう可能性のある、数多くの他のタイプの近磁場源が存在する。これらの磁場源は、永久磁石、磁化レンチ、モータまたはソレノイドなどを含む。あるいは強磁性構造体が近くにあることもまた然りである。近強磁性構造体は、地球の磁場の形状および方向を歪めて、磁束が望ましくない方向に集中する局所的領域を作り出す。これらの例のそれぞれにおいて、発散磁場が生じる結果となる。すなわち、この発散磁場においては、磁場の強度と磁束の方向との両方において重大な局所的こう配が存在する。

【0007】

近磁場源または浮遊磁場（stray magnetic field）の影響を打ち消すための方法が数多く存在する。これらの方法は、シールドを採用し、磁束導波器を用いることを含む。これらのタイプの構造は、それぞれ高い透磁率を有する材料から作製されている。このことは、これら諸構造が、たとえば空気より、磁場に対してかなり小さな抵抗を呈することを意味する。シールドは、より短い有限長さが適切に機能する場合があるが、原理的には、無限長さのチューブの形態となる。シールドの外側で発祥する磁場は、透磁性の高いシールド材料を通して効果的に遮蔽される。シールド材料は、これら磁場が磁場センサに関わることを防止する。異なる手法、つまり磁束導波器は、トルクに依存する磁場の殆どを「寄せ集め」、これら磁場を磁場センサに配向させる。この手法では、磁束導波器による計測は、対象となるトルクに依存する磁場を寄せ集めるその有効性が、無関係で誤差を引き起こす磁場を寄せ集める有効性よりもかなり大きくなり、したがって磁場センサの効果性、故に信号対ノイズ比を向上させる。

【0008】

上記で特筆したシールド方法は、チューブ形態のシールドの軸方向に対して直角な外部磁場に対して効果的である一方、このシールドは、両端部が開いたチューブの軸方向の外部磁場に対しては、きわめて脆弱である。いかなる外部磁場も、開口しているシールドの側部からシールドの内側の磁場センサに伝達することができるのである。

【0009】

磁束導波器構造体は、典型的には、トルクに依存する磁場の径方向の磁束成分を集めることによって作動し、したがって、外部起源の軸方向に配向する磁束をはねつける点では良好に適するが、磁束導波器は、シャフトの軸に対して直角な外部場の影響を受けやすい傾向がある。

【0010】

管状遮蔽および磁束導波器の組み合わせは、磁場センサ装置に直接作用する、外部起源の軸方向に配向する場および径方向に配向する場の両方を効果的に軽減することにより、補完的に作用する。しかし、そのような組み合わせは、設計上のコストおよびパッケージングを含む数多くの適用分野における要望を制限するという他の欠点を有する。

【0011】

仮に外部磁場源が、電力操縦システムの柱の端部などのシャフトの端部と直接的に接触する場合、シャフトまたは近磁気結合構造、たとえば軸受もしくは装着フランジなどにおける直径のばらつきの結果、強い外部近磁場がシャフトを通じて磁場センサに伝わる可能性があった。さらに、柱またはシャフトの典型的な製造プロセスは、磁気粒子検査（ＭＰＩ）プロセスを含んでいる場合がある。この磁気粒子検査プロセスは、磁気粒子を欠陥部位内に誘導して柱表面上の欠陥を視覚化するための磁気化プロセス、および検査終了後の消磁プロセスと連関する。しばしば消磁は完璧でないことが多く、ＭＩＰプロセスの後、柱またはシャフト内に残留磁場が残る。残留磁場の典型的な値は、１０から１００ガウスの間である。この比較的大きい外部磁場は、シールドの内側の磁場センサに直接的に伝わる可能性があり、トルク由来の磁場と不均一に合計されて、トルク測定値を破損する恐れがある。これは、現在の技術では、シャフトを介して伝播する外部磁場を保護または遮蔽する総合的に効果的な方法は存在しないことを意味する。

【0012】

シールド方法のさらなる欠点は、機械的衝撃または極度の温度変化によって引き起こされる遮蔽装置のいかなる変形も、磁場センサとシールドとの相対的な位置に影響を与える可能性があり、それによって反対方向に配向されて対で作動する２つのセンサ場間の遠磁場値の不均衡を招来する可能性がある、ということである。これは、コンパシング不良をもたらすことになる。

【0013】

さらに、たいていのトルクセンサ用途では、パッケージング空間が限られており、多くの場合、シールドまたは磁束導波器のための余地はない。加えて、これらの部品にかかる加重コストは重要でないとは言えない。高い透過性を有する材料は、価格が急変しやすいニッケルを高い割合で有する傾向があるからである。

【0014】

主な課題の１つは、非常に低い周波数に下がった外部磁場を有するシャフトのトルクを測定することにある。上記の従来技術の解決策は、一般的には、殆ど一定の値（ＤＣ値）までの非常に低い周波数に下がった磁場からの外乱を解消することに適していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１２／００７４９３３Ａ１号

【特許文献2】米国特許第５，３５１，５５５号

【特許文献3】米国特許第５，５２０，０５９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

前述に基づいて、トルクに依存しない磁場の影響を効果的に打ち消すための新規のより良好な技術のニーズがある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の１つの態様では、近隣の磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するための方法である。同方法は、近隣の磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するための方法であって、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材と、前記部材に作用するトルクが比例的に伝達されるような仕方で、前記部材の内面に有効な磁気弾性的活性領域であって、前記トルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む、前記磁気弾性的活性領域と、前記磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するために、前記少なくとも１つの領域に近接して配置された、少なくとも４つの一次磁場センサと、近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する第２の信号を出力するために前記複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、前記近隣の磁場源から発生する前記周囲磁束に対応する第３の信号を出力するために前記複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ前記第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、を備え、前記一次および二次の磁場センサが、前記長手方向に延びる部材内に配置されており、前記磁場センサが、単一のプリント回路基板上に装着されており、２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の第１の面に装着され、且つ他方の２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の、反対側の第２の面に装着されており、前記プリント回路基板の前記第１の面の前記２つの一次磁場センサの位置が、前記第２の面の前記２つの一次磁場センサの位置と目一杯重なり、前記磁場センサは、線対称の水平軸および線対称の縦軸に対して対称的に配置され、前記水平軸及び縦軸は、いずれも前記プリント回路基板の平面内にあり、且つ前記磁場センサの幾何学的な重心において互いに交差するトルクセンサを提供するステップと、前記トルクの作用時に前記第１の信号を受信するステップと、前記第２および第３の信号を受信するステップと、前記第２および第３の信号を用いて前記第１の信号を調整して、前記近隣の磁場源の影響を解消するステップと、を含む。
また、本発明の別の態様は、トルクセンサであって、長手方向に延びる少なくとも一部が中空の部材と、前記部材に作用するトルクが比例的に伝達されるような磁気弾性的活性領域であって、前記トルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む、前記磁気弾性的活性領域と、前記磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するために、前記少なくとも１つの領域に近接して配置され、且つ前記長手方向に延びる部材に対し径方向に位置合わせされた、少なくとも４つの一次磁場センサと、前記複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、前記複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ前記第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された、少なくとも２つの二次磁場センサと、を備え、前記一次および二次の磁場センサが、前記長手方向に延びる部材内に配置されており、前記磁場センサが、単一のプリント回路基板上に装着されており、２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の第１の面に装着され、且つ他の２つの一次磁場センサが、前記プリント回路基板の、反対側の第２の面に装着されており、前記プリント回路基板の第１の面の前記２つの一次磁場センサの位置が、前記第２の面の前記２つの一次磁場センサの位置と目一杯重なり、前記磁場センサは、線対称の水平軸および線対称の縦軸に対して対称的に配置され、前記水平軸及び縦軸は、いずれも前記プリント回路基板の平面内にあり、且つ前記磁場センサの幾何学的な重心において互いに交差する。
本発明によれば、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材（たとえば中空シャフト）を備えるトルクセンサが、提供される。少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材は、内面を有するキャビティを備えている。部材は、磁気弾性的活性領域を含む。磁気弾性的活性領域は、上記少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材の内面（すなわちキャビティの内側）において影響的である。磁気弾性的活性領域の影響は、上記部材の内側（内面）にある磁場センサによって検出可能である。前記磁気弾性的活性領域は、上記部材に作用するトルクが比例的に当該磁気弾性的活性領域に伝達されるように構成することができる。前記磁気弾性的活性領域は、作用するトルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む。前記磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するための複数の一次磁場センサが、上記少なくとも１つの領域に近接して配置される。近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する第２の信号を出力するための少なくとも１つの二次磁場センサが、上記複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間される。近隣の磁場源から発生する周囲磁場に対応する第３の信号を出力するための少なくとも１つの二次磁場センサが、複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ、第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間される。また、第２および第３の信号を用いて第１の信号を調整するための手段があり、それによって近隣の磁場源の影響が解消される。一次および二次の磁場センサは、長手方向に延びる部材の内側（すなわち長手方向に延びる部材のキャビティの内側）に配置される。

【0018】

本発明の態様は、少なくとも４つの磁場センサを、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材（たとえばシャフト）の内側であって、しかもシャフトの内面において検出可能に磁化された磁気領域の近くに配置することによって、外部磁場を打ち消すことを目的とする。シャフトの磁気領域は、有利には、３つのセクション、すなわち、中央領域、右側領域、および左側領域からなることができる。第１または一次の組の磁場センサは、中央領域の近くに位置している。少なくとも１つの二次磁場センサは、右側領域の近くに位置している。少なくとも１つの二次磁場センサは、左側領域の近くに位置している。

【0019】

シールドは通常、シャフトを介して伝播する外部磁場を保護または遮蔽するのには不十分であると考えられているが、本発明は、近接磁場の影響が、外部磁場センサを用いるよりも大幅に打ち消されるという驚くべき効果を有する。特に、本発明の態様によるトルクセンサは、０Ｈｚ（ＤＣ）まで下がった非常に低い周波数を有する磁場の外乱を抑制するのに適している。機械的衝撃または極度の温度変化によって引き起こされた遮蔽装置のいかなる変形もコンパシング不良を生じさせ得るというシールド方法のさらなる欠点は問題ではなくなる。これは、正常な作動条件下ではシャフトは、生来的に変形しないと認知されているためである。さらに、追加的なパッケージング空間は必要とされない。

【0020】

少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材は、磁気弾性効果を生み出すのに適した、いかなる材料からも少なくとも部分的に形成することができる。部材の材料は、磁気弾性効果をもたらすのに適した強磁性材料にすることができる。材料はＮｉを含有することができる。

【0021】

本発明の態様では、磁場センサは、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置される。この態様は、磁場センサ同士、および磁場センサと長手方向に延びる部材の磁気領域との（自動的な）位置合わせを提供する。

【0022】

近磁場源とセンサの間のある一定の距離を超えると、外部の近磁場源（単数または複数）からの磁場は、外部近磁場源からの距離に関連してほぼ線形的に減少する。外部近磁場の最も近くに置かれた磁場センサは最大の近磁場値を検出し、外部近磁場源から最も遠くに置かれた磁場センサは最小の近磁場値を検出し、中央の磁場センサは、磁場センサの最も近い組および最も遠い組の平均値を感知する。中央領域にある磁場センサは、右側および左側の領域にある磁場センサとは反対の感知極性を有する。したがって、中央領域にある一次磁場センサによって測定された近磁場は、右側および左側の領域にある二次磁場センサによって測定された近磁場の平均値と同じ大きさで逆の符号のものである。左側および右側の領域の値を平均化し、その平均と該中央領域センサの値とを合計するように、関連する電子装置と組み合わせた磁場センサとの相互接続が構成される。中央領域センサの値は、中央領域センサが反対の極性で配向されているために、近磁場の測定誤差の影響を効果的に打ち消す。先に説明した３つの磁化された領域を用いる配置はまた、「三バンドトルクセンサ（tri-band torque sensor）」とも称される。

【0023】

近磁場が打ち消される一方で、一次および二次の磁場センサによって測定されたトルク由来の磁場は、中心領域、または一次センサの出力が、左および右の領域のセンサについての差分測定値（differential measurement）であるために打ち消されない。

【0024】

上記で開示した３つの連続的に磁化された領域の使用に加えて、磁場センサのこの配置は、シャフト上のいかなる数の磁化された領域にも適用可能になり得る。たとえば、この配置が単一磁化領域に適用された場合、中央の一次領域にある磁場センサは、単一磁化領域の中心の近くに置かれる。単一磁化領域の右側および左側に位置にする磁場センサは、近磁場しか検出しないが、これは、これらの二次センサの近くに磁気分極が存在しない結果、トルク由来の磁場が存在しないためである。

【0025】

本発明の態様によれば、領域内の磁化された全ドメインが最大でも部材の円周方向のプラス４５°またはマイナス４５°の限界値内にあるように、前記少なくとも１つの領域が磁化される。

【0026】

磁場センサは、ベクトルセンサであることができる。磁場センサ（ベクトルセンサ）は、ホール効果、磁気抵抗、磁気トランジスタ、磁気ダイオード、ＭＡＧＦＥＴ場センサ、またはフラックスゲート磁気計のうちの１つにすることができる。有利には、本発明の実施形態の磁場センサのすべては、同じタイプのセンサを使用する。

【0027】

長尺部材は、オンロードまたはオフロード車両、船、工業プロセス、消費者製品（洗濯機、自転車、ｅ−バイクなど）内に組み込まれたシャフトであることができる。

【0028】

所定の第１および第２の距離は、ほぼ同じにすることができる。

【0029】

所定の第１および第２の距離は、第２および第３の信号の平均が、少なくとも１つの一次磁場センサの場所に存在する周囲磁束の値を近似するようなものとすることができる。

【0030】

トルクセンサは、２つの一次磁場センサと、第１の方向に軸方向に離間された１つの二次磁場センサと、反対の第２の方向に軸方向に離間された１つの二次磁場センサとを備えることができる。

【0031】

一次磁場センサの一方および二次磁場センサの一方は、長手方向に延びる部材のキャビティの１つの側（中空部材のキャビティの内側）上に配置することができ、一次磁場センサの他方および二次磁場センサの他方は、部材のキャビティの反対側に配置することができる。

【0032】

トルクセンサは、８つの磁場センサを備えることができる。ここで８つの磁場センサは、４つの一次磁場センサと、第１の方向に軸方向に離間された２つの二次磁場センサと、反対の第２の方向に軸方向に離間された２つの二次磁場センサとを備えていてもよい。

【0033】

別の態様によれば、４つの一次磁場センサは、長手方向に延びる部材に対して径方向に位置合わせすることができる。２つの二次磁場センサは、複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間させることができ、２つの二次磁場センサは、複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間させることができる。

【0034】

２つの一次磁場センサおよび２つの二次磁場センサは、基板（プリント回路基板、特に単一のプリント回路基板）の第１の面に装着することができ、他方の２つの一次磁場センサおよび２つの二次磁場センサは、基板の裏側の第２の面に装着することができる。

【0035】

基板の第１の面の２つの一次磁場センサの位置は、基板の第２の面の２つの一次磁場センサの位置と全体的に（ぴったり）重なる（一致する、合致する）ことができる。

【0036】

換言すれば、これら一次磁場センサは、基板の両側にある各一次磁場センサが全体的に重なる位置を有するように配置することができる。基板の第１の面（正面）の一次磁場センサは、反対面の他の一次磁場センサに対し、基板上の厳密に同じ位置にあることができる。二次磁場センサの各々は、基板の反対面では他の二次磁場センサがない位置で、一次磁場センサの１つと軸方向に（長手方向に延びる部材の軸方向に）位置合わせすることができる。

【0037】

有利には、磁場センサは、線対称の水平軸及び線対称の垂直軸に対して対称的に配置することができる。これら線対称の水平軸及び線対称の垂直軸は、何れも基板の平面内に位置し、且つ磁場センサ（すべての磁場センサ）の幾何学的な重心のところで互いに交差するものである。

【0038】

一次磁場センサと二次磁場センサの間の軸方向の距離（軸方向の間隔）は、２０ｍｍ以下とすることができる。この距離は、磁場センサの中心に関連する。一次磁場センサと二次磁場センサの軸方向の有利な距離はまた、１０ｍｍ以下であり、より有利には９．５ｍｍとすることができる。センサが示された距離以下で配置される場合、近磁場ノイズ源からのノイズは、さらに低減することができる。

【0039】

径方向の２つの一次磁場センサ間の距離は、中空シャフトの内側のキャビティの直径によって決まる。有利な実施形態では、径方向距離は、３０ｍｍ以下にすることができる。

【0040】

磁気弾性的活性領域は、２つの軸方向に離間された領域を含むことができる。第１の領域は、ほぼ円周の第１の方向に磁化され、他方の領域は、上記第１の方向とは反対の、ほぼ円周の第２の方向に磁化される。この場合、部材に作用するトルクが前記磁気弾性的活性領域に比例的に伝達され、且つ上記第１の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサは、領域の一方の近くにあり、第２の、反対側の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサは、他方の領域の近くにあるような態様で磁化される。

【0041】

磁気弾性的活性領域は、３つの軸方向に離間された領域を含むことができる。中間領域は、ほぼ円周の第１の方向に磁化され、外側領域は、上記第１の方向とは反対の、ほぼ円周の第２の方向に磁化される。この場合、部材に作用するトルクが磁気弾性的活性領域に比例的に伝達され、且つ上記第１の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサは、外側領域の一方の近くにあり、第２の、反対側の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサは、他方の外側領域の近くにあるような態様で磁化される。

【0042】

一次および二次の磁場センサは、長手方向に延びる部材の軸方向に配向することができる。

【0043】

一次および二次の磁場センサは、長手方向に延びる部材の内面に対して法線方向に配向することができる。

【0044】

一次および二次の磁場センサは、領域間のそれぞれの境界において部材の表面に対してほぼ法線方向に配向することができる。

【0045】

３つの領域が磁化された（三バンド）シャフトを適用する場合、中央領域にある磁場センサならびに右側および左側の領域の磁場センサは、近磁場およびトルク由来の磁場の両方を測定する。近磁場は打ち消され、トルク由来の磁場は測定される。

【0046】

簡単に説明すれば、本発明のこれらおよび他の目的および利点は、具現化され、本明細書で十分に説明された方法によって達成される。この方法は、近隣の諸磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するための方法であって、トルクセンサを提供するステップと、トルクの作用時に第１の一次信号を受信するステップと、第２および第３の二次信号を受信するステップと、第２および第３の信号を用いて第１の信号を調整し、それによって近隣の磁場源の影響を解消するステップとを含む。

【0047】

トルクセンサは、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材と、部材の内面の一部に直接的もしくは間接的に取り付けられまたはその一部を形成する磁気弾性的活性領域であって、部材に作用するトルクが、磁気弾性的活性領域に比例的に伝達されるような仕方で第１のほぼ円周方向に磁化された少なくとも１つの領域を有する磁気弾性的活性領域と、磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する第１の信号を出力するために少なくとも１つの領域の近くに配置された複数の一次磁場センサと、近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する第２の信号を出力するために複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサと、近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する第３の信号を出力するために複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された少なくとも１つの二次磁場センサとを含むことができる。

【0048】

本発明はまた、近隣の磁場源によって引き起こされた、トルクセンサからの信号に含まれるノイズを低減するための方法を提供する。先に説明したように構成されたトルクセンサが提供される。第１の信号は、トルクの作用時に受信される。第２および第３の信号が受信される。第１の信号は、第２および第３の信号を用いることによって調整され、それによって近隣の磁場源の影響が解消される。

【0049】

本発明の１つの態様では、長手方向に延びる部材と、部材に作用するトルクが比例的に伝達されるような磁気弾性的活性領域であって、作用するトルクが増大するにつれて磁化極性が次第にらせん形状になるように磁気分極した少なくとも１つの領域を含む磁気弾性的活性領域と、磁気弾性的活性領域から発生するトルクに依存する磁束に対応する信号を出力するために少なくとも１つの領域に近接して配置され、かつ長手方向に延びる部材に対して径方向に位置合わせされた少なくとも４つの一次磁場センサと、近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する信号を出力する、複数の一次磁場センサから所定の第１の距離だけ第１の方向に軸方向に離間された少なくとも２つの二次磁場センサと、近隣の磁場源から発生する周囲磁束に対応する信号を出力する、複数の一次磁場センサから所定の第２の距離だけ第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向に離間された少なくとも２つの二次磁場センサとを備える、トルクセンサが存在する。ここで２つの一次磁場センサおよび２つの二次磁場センサは、回路基板の第１の面に装着することができ、他方の２つの一次磁場センサおよび２つの二次磁場センサは、基板の裏側の第２の面に装着することができる。ここで磁場センサの相対位置は、互いに対して自動的に位置合わせされる。さらに、磁場センサは、ノイズキャンセレーションをサポートする単一の（同じ）平面内に実質的に配置される。また、磁場センサは、線対称の水平軸および線対称の縦軸に対してほぼ対称的に配置することができる。これら線対称の水平軸および線対称の縦軸は、いずれも回路基板の平面内に位置し、且つ磁場センサの幾何学的な重心のところで互いに交差するものである。本発明のこの態様の利点はまた、磁場センサが長手方向に延びる部材の内側に配置されない場合にも達成することができる。

【0050】

本発明の一態様によれば、油圧ポンプ、モータ、または変速装置などの非接触のトルク変換器を備える油圧動力ユニットからなる機器が存在する。このユニットは、通常製造時にはその部品一体型である。加えて、本発明は、円形に磁化されたトルク変換器をそのような油圧ユニットに組み入れるための方法に関する。本発明は、さらに、トルクセンサおよび速度センサの両方をそのような油圧動力ユニットに組み入れることに関する。

【0051】

トルクセンサは、この明細書において説明したような本発明の態様によって構成される。そのような装置は、静液圧ポンプまたはモータなどの油圧動力ユニットのシャフト内のトルクを感知することができる。また、そのようなユニットの回転の速度または回転時の瞬間の位置を感知するように適合されるオプションであってもよい。制御システムであって、トルク変換器の測定値、さらにできれば他の情報をも感知可能な制御システムは、油圧動力ユニット上のトルクを制御するために使用されるオプションであってもよい。油圧動力ユニットのトルクおよび速度に関するこの追加の情報が測定されると、改良された制御および他の改良の結果が得られる。

【0052】

トルクセンサから得られた信号は、油圧動力ユニットのトルクを抑制するために使用することができる。トルクは、負荷を損傷から保護する目的、または内燃機関のストール現象を防止する目的で抑制されてもよい。各信号はまた、制御を高めるためにも使用されてもよい。測定されたトルク情報は、牽引力を高めるとともに、ホイールの滑りを低減もしくは防止するようにしばしば設計されるさまざまな制御スキーム、または他の目的において有用である。

【0053】

本発明はまた、本発明の態様によるトルクセンサを備える分割式ロールスタビライザを提供する。したがって、分割式ロールスタビライザ内の捩り力は、磁気信号に変換することができる。ロールスタビライザは、アクチュエータと、トルクセンサを中に組み入れることができる連結部分とを備えることができる。したがって、連結部分は少なくとも部分的に中空にすることができる。ここで連結部分の捩り力は、作用した捩り力に依存する磁気信号を発生させることができる。連結部分は、有効捩り力の伝達を提供する。有効捩り力は、連結可能なアクチュエータと、連結されたスタビライザパーツとの間で生成する。さらに連結部分は、作用した捩り力に依存する磁気信号を発生させることができる。測定された捩り力は、選択的に連結することができるアクチュエータを作動させるために、制御装置の測定変数として使用することができる。

【0054】

連結部分は、フランジを備えることができる。フランジは、その一方の側がアクチュエータに対して連結され、アクチュエータと回転するようにロック可能であり、他方の側は、スタビライザパーツと回転するようにロック可能である。スタビライザパーツが、たとえば、ロッド形状のトーションバースプリングとして構成される場合、アクチュエータに面するスタビライザパーツの端部をフランジの受け部に挿入し、このフランジと回転可能にロックすることができる。

【0055】

アクチュエータは、生成された捩り力を、一方の側では、スタビライザパーツの一方に伝達し、他方の側では、スタビライザパーツの他方に伝達するために、スタビライザの２つの部分間に効果的に配置することができる。

【0056】

連結部分は、コンパクトな一体構成品とすることができる。連結部分は、磁気弾性効果に適した任意の材料から形成することができる。たとえば、連結部分は、磁気弾性効果に適した強磁性鋼から形成することができる。連結部分は、１．５％から８％の間のＮｉ、または２０Ｃｒ１３を含有する工業鋼、または類似の鋼から形成することができる。

【0057】

本発明の一実施形態では、スタビライザパーツは、スタビライザの軸受内に支持される。スタビライザパーツ及びスタビライザの軸受の各々には、アクチュエータへの連結用の連結部分が設けられる。スタビライザ軸受は、スタビライザパーツを車両本体上で支持し、スタビライザパーツが捩り軸周りに回転移動することを可能にする。

【0058】

別の連結部分は、磁気弾性材料から生産可能であり、磁化可能であり、よって、本発明によれば、有効捩り力を非接触で検出するように適合される。捩り力が作用しているときに磁気特性が変わる別体の一次センサは、必要とされない。

【0059】

連結部分がフランジとして構成される場合、１つの選択肢は、フランジが中空構造を持つことである。そのようなフランジは、中実のフランジと比較して重量が軽い。二次センサは、中空フランジ内に配置させることができ、それにより、二次センサ用の追加的な設置空間の要請は、解消される。

【0060】

しかし、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材（たとえば中空フランジまたは中空シャフト）の内側に配置することはまた、さらなる予期せぬ利点、特に、磁場源に対するさらに良好なノイズの電磁波耐性ももたらす。磁場センサが、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材の内側に配置される場合、これらは互いにより近くに置くことができ、一方で部材上の磁気的な活性領域に対するその相対的な距離は、同じままになり得る。部材は、さらなる遮蔽効果をもたらすが、本質的に安定性のものである。さらに、すべての磁場センサは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に装着することができ、それによって、磁場センサの互いに対する自動的な位置合わせ、および部材の磁気的な活性領域に対する自動的な位置合わせをもたらす。

【0061】

本発明のさらなる態様および特性が、添付の図を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の説明によって示される。

【図面の簡単な説明】

【0062】

【図1】本発明の一実施形態による中空シャフト上の円周方向に磁化された領域の配置を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態による３つの磁気領域を有する中空シャフトの内側の磁場センサの配置を示す概略図である。

【図3】本発明の一実施形態による磁場センサの配置および相互連結を示す概略図である。

【図4】本発明の一実施形態による３つの異なるロケーションが組み入れられた非接触のトルク変換器を備えた軸方向のピストン油圧動力ユニットの断面図である。

【図5】本発明の一実施形態の概略図である。

【図6】本発明の一実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0063】

図１は、本発明の実施形態による３つの磁化された領域６、８、１０を有する中空のまたは部分的に中空のシャフト２を示す概略図である。シャフト２は、シャフト２内に残留円周磁化を有する領域６、８、１０をもたらすように磁化される。矢印は、円周磁化の方向を示す。この実施形態では、領域６および１０は、同じ方向を有し、中間にある領域８は、反対方向の磁化を有する。

【0064】

図２は、３つの磁化された領域６、８、１０を有する中空シャフト２（長手方向に延びる部材）の内側の、一次磁場センサＣ１、Ｃ２ならびに二次磁場センサＲおよびＬの配置を示す概略図である。シャフト２は、キャビティ１２を有する。キャビティティ１２の内部には、センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬを配置することができる。一次および二次の磁場センサＣ１、Ｃ２、ＲおよびＬは、シャフト２の内面（すなわちキャビティ１２の内面）の近くに置かれる。

【0065】

軸方向および径方向は、これらが本明細書の文脈で使用されたように示される。さらに、中空シャフト２の内径ＤＭ（すなわちキャビティ１２の直径）もまた示される。

【0066】

シャフト２は、磁石（図示せず）または電流を用いて磁化することができ、それによってシャフト２内に残留円周磁化を有する領域６、８、１０を形成する。磁石は、有利には、シャフト２を磁化するためにシャフト２の外部に適用される。円周磁化は、有利には、活性磁気領域の磁気弾性効果をシャフト２の内面（キャビティ１２）において検出することができるように、中空シャフトのマントル／シェル全体に浸透する（その中に存在する）ように磁化される。

【0067】

一次磁場センサＣ１およびＣ２は、トルク由来の磁場および中心領域８から発生する近磁場を測定する。一次磁場センサＣ１およびＣ２のそれぞれ右側および左側にある二次磁場センサＲおよびＬは、シャフトの右側１０および左側６からそれぞれ発生するトルク由来の磁場、ならびにこれらの場所における近磁場を測定する。二次磁場センサＲおよびＬによって測定された近磁場は、（これらが反対方向に配向されているため）一次磁場センサＣ１およびＣ２によって測定された近磁場によって打ち消されるが、磁場センサＣ１およびＣ２によって判明したトルク由来の磁場は、二次磁場センサＲおよびＬによって測定された値によっては打ち消されない。実際、トルク由来の磁場は、中心領域８と領域６および１０との間の反対方向に分極した磁化のために、アディティブである。望ましくない近磁場は打ち消され、トルク由来の磁場のみが、中心領域８にある一次磁場センサＣ１、Ｃ２によって見られる。側部領域６および１０から発生するトルク由来の磁場は、二次磁場センサＲおよびＬからの値を加えることによって２倍になる。正味の近磁場の影響値および正味のトルク由来の場の値の実際の算出は、算術演算処理ユニット（ＡＬＵ）によって実施することができる。

【0068】

図３は、本発明の一実施形態による、３つの磁化された領域６、８、１０を有するシャフト２の内側の、一次磁場センサＣ１およびＣ２、ならびに二次磁場センサＲおよびＬの配置を示す別の概略図である。

【0069】

この実施形態は、少なくとも４つの磁場センサを、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材（たとえばシャフト）の内側に、かつシャフトの内面において検出可能になるように磁化された磁気領域の近くに置くことによって外部磁場を打ち消すことによるものである。シャフト上の磁気領域は、３つの領域、すなわち中央領域８、右側領域１０、および左側領域６からなる。磁場センサの第１の、または一次の組は、中央領域８の近くに位置する。少なくとも１つの二次磁場センサＲは、右側領域１０の近くに位置する。少なくとも１つの二次磁場センサＬは、左側領域６の近くに位置する。

【0070】

少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材は、磁気弾性効果を生み出すのに適した任意の材料から少なくとも部分的に形成することができる。部材の材料は、磁気弾性効果をもたらすのに適した強磁性材料にすることができる。材料はＮｉを含有することができる。

【0071】

磁場センサの少なくとも一部（またはこれらのすべて）は、基板上に、特にプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置することができる。この態様は、磁場センサの互いに対する、および長手方向に延びる部材の磁気領域に対する（自動的な）位置合わせを実現する。

【0072】

中央領域８にある磁場センサＣ１、Ｃ２は、右側１０および左側６の領域にある磁場センサＬ、Ｒとは反対の感知極性を有する。よって、中央領域にある一次磁場センサによって測定された近磁場は、右領域および左領域１０、６にある二次磁場センサＬ、Ｒによって測定された近磁場の平均値と同じ大きさの反対符号のものである。

【0073】

何らかの磁場源になり得る近磁場源４もまた存在する。この図ではまた、磁場センサの結合の仕方が示されている。第１の一次磁場センサＣ１は、正極が第２の一次磁場センサＣ２の負極に結合される。第１の二次磁場センサＲの正極は、第２の二次磁場センサＬの負極に結合される。第２の二次磁場センサＬの正極は、第２の一次磁場センサＣ２の正極に結合される。第１の一次磁場センサＣ１の負極、第１の二次磁場センサＲの負極、並びに第２の一次磁場センサおよび第２の二次磁場センサの正極は、近磁場源の影響を解消するために信号を評価するための手段に結合される（すなわちこれらの信号は、評価ステージ（図示せず）に送られる）。この評価ステージまたはこのステージの一部は、シャフト２の内側またはシャフト２の外側（すなわちシャフト２のキャビティ１２の内側または外側）に位置することができる。

【0074】

中心Ｃは、この配置の対称点の場所を示している。この点Ｃに対する対称性は、すでに、良好なノイズ低減をもたらしている。

【0075】

関連する電子装置と組み合わせた磁場センサの相互接続は、左側６および右側１０の領域の値を平均化し、その平均に中心領域センサＣ１、Ｃ２の値を合計するように構成される。中心領域センサＣ１、Ｃ２の値は、反対の極性で配向されているために、近磁場の測定誤差の影響を効果的に打ち消す。３つの磁化された領域を用いる配置はまた、「三バンドトルクセンサ」とも称される。

【0076】

近磁場が打ち消される一方で、一次および二次の磁場センサによって測定されたトルク由来の磁場は、中心領域、または一次センサの出力が、左および右の領域のセンサに対する差分測定値（differential measurement）であるために打ち消されない。

【0077】

１つの態様では、本発明の態様および実施形態によるトルクセンサは、有利には、可変変位軸方向ピストンの油圧動力ユニット（図示せず）で使用することができる。そのような軸方向ピストン動力ユニットの一般的な動作は、広く知られており、したがって本明細書ではこれ以上説明されない。本発明によるトルク測定は、３つの場所においてユニットに組み入れることができる。円周方向に磁化された領域（たとえば、先に説明したように３つまたはそれ以上）は、異なる領域に配置することができる。たとえば、油圧動力ユニットは、スプライン付きシャフトを備える。スプライン付きシャフトは、油圧動力ユニットを機械的動力の外部源（たとえば燃焼機関（図示せず））に結合する役割を果たす。そのようなシャフトは、油圧動力ユニットを、ホイールなど機械的動力を必要とする負荷または装置に連結するための手段を択一的にもたらす。本発明の態様によるトルクセンサを用いて油圧動力ユニット内でスプライン付きシャフト内のトルクを感知することが望ましい。図５に示す配置が使用される場合、センサをフランジの外側に配置して条件を満たしたノイズ抑制を達成することもまた可能である。

【0078】

本発明の別の有利な実施形態は、自動車（図示せず）用の分割式ロールスタビライザである。分割式ロールスタビライザでは、アクチュエータが、トーションバースプリングとして構成された２つのスタビライザパーツ間に効果的に配置される。スタビライザパーツの双方は、これらが車両本体上で、スタビライザ軸受を介して回転可能に支持される。アクチュエータは、連結ギア付モータを有することができる。この場合、アクチュエータハウジングをスタビライザパーツの一方に連結することができ、出力シャフトをスタビライザパーツの他方に連結することができる。アクチュエータの作動下では、連結されたスタビライザパーツには、捩り負荷がかけられる。ここで本発明の態様によるトルクセンサは、アクチュエータモーメントの非接触測定のためにスタビライザパーツの中空フランジ内に組み入れることができる。フランジは、少なくとも３つの円周方向に磁化された領域を備える。少なくとも１つの、有利には３つの磁化領域を有するために、フランジは、磁気弾性材料から作製することができる。一次磁場センサおよび二次磁場センサは、本発明の態様および実施形態による中空フランジ内に配置することができる。磁場センサを中空フランジの内側に配置した状態では、いかなる近磁場源の影響も最大限に抑制することが可能である。図５に示す配置が使用される場合、センサをフランジの外側に配置し、条件を満たしたノイズ抑制を達成することもまた可能である。

【0079】

図５は、本発明の実施形態の概略図である。磁場センサは、基板３００、特にプリント回路基板（ＰＣＢ）３００上に装着される。少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材の内側（たとえば先の実施形態の中空シャフト２内）に磁場センサが配置される本発明の態様により、磁場センサを、単一の基板（ＰＣＢ）３００上に装着することが容易に可能になる。この配置の利点の１つは、磁場センサが基板３００上に装着されるときに、これら磁場センサが必要とされる相対位置に自動的に置かれることである。ここで磁場センサを担持する基板は、中空シャフト内に挿入することができる。従って、磁場センサの各々は、中空の長手方向に延びる部材の磁気弾性的活性領域に対して、さらには他の磁場センサに対して、正しく、正確な絶対的な相対位置をとるようになる。

【0080】

通常、たとえば図３に示すように、４つの磁場センサＣ１、Ｃ２（２つの一次磁場センサ）ならびにＬおよびＲ（２つの二次磁場センサ）を使用することが可能である。しかし、有利な実施形態では、８つの磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｌ、Ｒ、Ｃ１^*、Ｃ２^*、Ｌ^*、およびＲ^*を使用することも可能である。ここで、先に述べた４つの磁場センサＣ１、Ｃ２、ＬおよびＲは、基板３００の正面に置くことができる。他方の４つの磁場センサＣ１^*、Ｃ２^*、Ｌ^*およびＲ^*は、基板３００の背面に置くことができる。一次センサＣ１およびＣ１^*は、このとき、Ｃ１およびＣ１^*が、基板３００の反対側で正確に同じ位置に置かれるように完全に位置合わせすることができる。一次センサＣ２およびＣ２^*もまた、Ｃ２およびＣ２^*が、基板３００の反対側で正確に同じ位置に置かれるように完全に位置合わせすることができる。二次センサＬ、Ｒ、Ｌ^*およびＲ^*は、有利には、図５に示すように配置される。

【0081】

上側概略図は、基板３００の正面を示している。下側概略図は、基板３００の背面を示している。下側概略図では、基板３００は、上側概略図に示された線対称の縦軸ＶＡ周りで１８０°回転される。点線は、基板３００の反対側（背面）での二次磁場センサＲ^*およびＬ^*の位置を示している。同じようにして、基板３００の背面を示す下側概略図の点線は、正面の二次磁場センサＬおよびＲの位置を示している。基板３００のそれぞれ反対側の一次磁場センサは、図示される一次磁場センサによってこれらが完全に覆われるため点線では示されていない。一次磁場センサは、基板３００のそれぞれ反対側で正確に一致する。二次磁場センサ、また他のセンサと水平方向および縦方向において位置合わせされるが、これらは、基板の反対側では二次磁場センサを有さない場所に装着される。

【0082】

一次および二次の磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｌ、Ｒ、Ｃ１^*、Ｃ２^*、Ｌ^*およびＲ^*は、線対称の縦軸ＶＡおよび線対称の水平軸ＨＡに対して対称的に配置される。線対称の縦軸ＶＡおよび線対称の水平軸ＨＡは、基板３００の平面内にある。線対称の縦軸ＶＡおよび線対称の水平軸ＨＡは、配置の中心に交差点Ｃを有する。Ｃは、磁場センサＣ１、Ｃ２、Ｌ、Ｒ、Ｃ１^*、Ｃ２^*、Ｌ^*およびＲ^*の実質的な幾何学的重心を示している。この二重の対称性により、ノイズ抑制は、４つの磁場センサしか有さない、図３に示す実施形態の点対称と比較して向上する。４つの磁場センサの各々の組が、基板の異なる面に配置されるので、磁場センサは、完璧には１つの平面内にあるわけではない。しかし、この僅かな偏差は、ノイズ打ち消しに関して無視することができる。ノイズ打ち消しに関する本明細書の文脈では、これらは、同じ平面内に実際に存在するかのようにみなされる。

【0083】

この実施形態の主要な利点は、任意の近磁場の磁気源（ノイズ源）に対する４つの二次磁場センサＲ、Ｌ、Ｒ^*、Ｌ^*の相対位置が、ノイズを打ち消す可能性を向上させることである。追加の２つの二次磁場センサＬ^*およびＲ^*が、図３の実施形態では二次磁場センサが配置されない２つの場所に置かれる。しかし、良好な差分信号をもたらすには、２つの追加的な一次センサＣ１^*、Ｃ２^*もまた必要とされる。これらは、有利には、２つの一次センサＣ１およびＣ２と同じ場所に、ただし基板３００の反対側に直接的に置かれる。

【0084】

ノイズ打ち消しに関して先に説明したように、すべての８つの磁場センサは、同じ平面内にあると考えられる（基板の厚さおよび磁場センサが基板の異なる側から反対方向に突出し得るという事実は、無視される）。

【0085】

別の実施形態では、したがって、二次磁場センサＲ^*およびＬ^*、またはこれらの少なくとも１つを、二次磁場センサＲおよびＬと基板３００の同じ面に装着することも可能である。

【0086】

基板３００の正面の磁場センサは、図３に関して先に説明したように互いに結合することができる。基板３００の背面の磁場センサもまた、図３に関して先に説明したように互いに結合することができる。センサの信号が評価ステージに送られる前に、基板の異なる側からの信号もまた、互いに結合することができる（図示せず）。

【0087】

一次センサとそれぞれの軸方向に隣接する二次磁場センサの間の距離Ｄ１もまた、（図２に示すような軸方向で）示される。この距離は、２０ｍｍ、１０ｍｍ以下であり、特に９．５ｍｍにすることができる。磁場センサ間の径方向の距離（図２に示すように径方向の）は、中空の長手方向に延びる部材内のキャビティの直径によって決まる。ノイズ低減に関して有利である、有利な径方向距離は、３ｃｍ以下である。

【0088】

図３の実施形態と同様に、シャフト（長手方向に延びる部材）は、有利には、３つの磁化された領域６、８、１０（図示されないが図３の実施形態に類似する）を有することができる。

【0089】

また、この実施形態は、少なくとも８つの磁場センサを、少なくとも部分的に中空の長手方向に延びる部材（たとえばシャフト）の内側に、かつシャフトの内面において検出可能になるように磁化された磁気領域の近くに置くことによって外部磁場を打ち消すことによるものである。シャフト上の磁気領域は、有利には、３つの領域、すなわち中央領域、右側領域、および左側領域からなる。磁場センサの第１の、または一次の組は、中央領域の近くに位置する。２つの二次磁場センサＲ、Ｒ^*は、右側領域の近くに位置する。２つの二次磁場センサＬ、Ｌ^*は、左側領域の近くに位置する。

【0090】

長手方向に延びる部材は、磁気弾性効果を生み出すのに適した任意の材料から少なくとも部分的に形成することができる。部材の材料は、磁気弾性効果をもたらすのに適した強磁性材料にすることができる。材料はＮｉを含有することができる。

【0091】

中央領域にある磁場センサＣ１、Ｃ２；Ｃ１^*、Ｃ２^*は、右側１０および左側６の領域にある磁場センサＬ、Ｌ^*、Ｒ、Ｒ^*とは反対の感知極性を有する。したがって、中央領域にある一次磁場センサによって測定された近磁場は、右領域および左領域にある二次磁場センサによって測定された近磁場の平均値と同じ大きさの反対符号のものである。

【0092】

関連する電子装置と組み合わせた磁場センサの相互接続は、左側および右側の領域の値を平均化し、その平均に中心領域センサＣ１、Ｃ２、Ｃ１^*、Ｃ２^*の値を合計するように構成される。中心領域センサＣ１、Ｃ２、Ｃ１^*、Ｃ２^*の値は、反対の極性で配向されているために、近磁場の測定誤差の影響を効果的に打ち消す。３つの磁化された領域を用いるこの配置はまた、「三バンドトルクセンサ」とも称される。

【0093】

近磁場が打ち消される一方で、一次および二次の磁場センサによって測定されたトルク由来の磁場は、中心領域、または一次センサの出力が、左および右の領域のセンサに対する差分測定値であるために打ち消されない。

【0094】

先に説明したような８つの磁場センサを用いる実施形態は、有利には、本明細書で説明したような可変変位軸方向ピストンの油圧動力ユニットおよび分割式ロールスタビライザに対して使用することができる。

【0095】

この実施形態の一部の利点はまた、磁場センサ（すなわち磁場センサを担持する基板３００）が長手方向に延びる部材の内側ではなく、長手方向に延びる部材の外側に配置される場合にも達成することができる。

【0096】

図６は、本発明の実施形態の簡略化された断面図を示している。この実施形態では、先に説明した基板３００は、中空の長手方向に延びる部材２の内側に置かれる。基板３００の正面の磁場センサＣ２およびＲが見えており、示されている。正面にある別の２つの磁場センサＣ１およびＬもまた存在するが、磁場センサＣ２およびＲによってそれぞれ覆われている。８つの磁場センサを用いる配置が使用される場合、基板の背面には磁場センサＣ１^*、Ｃ２^*、Ｌ^*、およびＲ^*も存在する。Ｃ１^*およびＬ^*のみが、図５に示す配置が使用される場合この視点から見ることができる。それぞれの磁場センサが、軸方向かつ径方向に位置合わせされることもまた判明し得る。

【0097】

開示した本発明の特定の現在好ましい実施形態が、本明細書において詳細に説明されてきたが、本発明が関係する当業者には、本明細書において図示し説明したさまざまな実施形態の変更形態および改変形態が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく加えられてよいことが明らかになろう。したがって、本発明は、付属の特許請求の範囲および法律の適用可能な規則によって必要とされる程度のみに限定されることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】