特許 7455168 トルク及び回転角度検出システム

(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】

(24)【登録日】2024-03-14

(45)【発行日】2024-03-25

(54)【発明の名称】トルク及び回転角度検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20240315BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 311

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022132917

(22)【出願日】2022-08-24

(65)【公開番号】P2023066367

(43)【公開日】2023-05-15

【審査請求日】2022-10-18

(31)【優先権主張番号】21205296.3

(32)【優先日】2021-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】502281471

【氏名又は名称】キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】スタンコ テプシック

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー ロシャオ

(72)【発明者】

【氏名】トバイアス ヴァイデル

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１０４０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０３５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１０７２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７１２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０５１０９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／００－３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸（Ｘ）の周りを回転することができるロータユニット（１０）を備えるトルク及び回転角度検出システム（１）であって、静止して配置され、前記回転軸（Ｘ）に対して半径方向に配置されたラジアルエアギャップ（３０）によって前記ロータユニット（１０）から分離されたステータユニット（２０）を備え、前記ロータユニット（１０）が、前記ロータユニット（１０）に作用するトルクを検出する歪みゲージ（１５）を備え、前記ロータユニット（１０）が、互いに離間して配置された複数の双極子磁石（１４）を備え、前記ステータユニット（２０）が、前記ロータユニット（１０）の回転中に前記双極子磁石（１４）の磁場を測定する磁場センサ（２４）を備え、前記ステータユニット（２０）が一次コイル（２１）を備え、前記ロータユニット（１０）が二次コイル（２１）を備え、前記一次コイル（２１）の一次電圧が、前記二次コイル（１１）の二次電圧を生成し、前記双極子磁石（１４）がそれぞれ、１，０００ｍＴ以上の残留磁気を有し、前記二次コイル（１１）が、複数のフェライト素子（１１０）を備えることを特徴とする、トルク及び回転角度検出システム（１）。

【請求項2】

前記ラジアルエアギャップ（３０）の幅が２．０ｍｍ以上であり、ラジアルエアギャップ許容値（３１）が＋／－１．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１）。

【請求項3】

前記ロータユニット（１０）が、ロータ本体（１００）と、前記ロータ本体（１００）の外側に設けられる複数の止まり穴（１２）とを備え、前記フェライト素子（１１０）が、前記止まり穴（１２）内に固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム（１）。

【請求項4】

前記フェライト素子（１１０）を前記止まり穴（１２）内に固定することが、フォームロック接続によって達成されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム（１）。

【請求項5】

各止まり穴（１２）が、少なくとも１つの内面（１００１）を備える内部空間（１２１）を備え、各フェライト素子（１１０）が、少なくとも１つの外面（１１０１）を備え、前記内面（１００１）及び前記外面（１１０１）が、互いにサイズが一致するように機械加工され、前記内面（１００１）及び前記外面（１１０１）の機械的接触が、フォームロック接続をもたらすことを特徴とする、請求項４に記載のシステム（１）。

【請求項6】

前記ロータユニット（１０）が、前記フェライト素子（１１０）の外側に半径方向に取り付けられているコイル巻線（１１１）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項7】

前記双極子磁石（１４）がネオジム－鉄－ホウ素で作られていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項8】

前記ロータユニット（１０）が、ロータ本体（１００）と、前記ロータ本体（１００）の外側に半径方向に設けられる溝（１６）とを備え、前記双極子磁石（１４）が、前記溝（１６）内に固定されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項9】

前記ロータユニット（１０）が、前記ロータユニット（１０）の外側に半径方向に取り付けられているロータカバー（１７）を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項10】

前記ロータカバー（１７）が、フォースロック接続によって前記ロータユニット（１０）に固定されることを特徴とする、請求項９に記載のシステム（１）。

【請求項11】

前記ロータカバー（１７）が、前記ロータユニット（１０）に締付されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のシステム（１）。

【請求項12】

前記ロータユニット（１０）がコイル巻線（１１１）を備え、前記ロータユニット（１０）に締付された前記ロータカバー（１７）が、前記コイル巻線（１１１）及び前記双極子磁石（１４）を完全に覆うことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム（１）。

【請求項13】

前記ステータユニット（２０）が、前記回転軸（Ｘ）に沿って前記ロータユニット（１０）に対して＋／－１．０ｍｍの範囲の軸方向オフセット公差（３２）で配置されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項14】

前記磁場センサ（２４）が、測定された各磁場について磁場信号を生成し、前記ステータユニット（２０）が、評価プログラムを実行する評価ユニット（２５）を備え、前記磁場センサ（２４）が、前記磁場信号を前記評価ユニット（２５）に送信し、前記評価プログラムが、前記ロータユニット（１０）が移動した回転角度を決定するため、前記双極子磁石（１４）間の距離を乗算する前記磁場信号をカウントすることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【請求項15】

前記歪みゲージ（１５）が、検出されたトルクの測定信号を生成し、前記ロータユニット（１０）が、ロータアンテナ（１３）を備え、前記歪みゲージ（１５）が、前記測定信号を前記ロータアンテナ（１３）に送信し、前記ステータユニット（２０）が、ステータアンテナ（２３）と評価ユニット（２５）とを備え、評価ユニット（２５）が、評価プログラムを実行し、前記ロータアンテナ（１３）が、前記測定信号を前記ステータアンテナ（２３）に送信し、前記ステータアンテナ（２３）が、前記ロータアンテナ（１３）から受信した前記測定信号を前記評価ユニット（２５）に送信し、前記評価プログラムが、送信された前記測定信号から前記ロータユニット（１０）に作用するトルクを決定することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項の前文によるトルク及び回転角度検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工業測定技術は、工業的に製造された製品のトルク、回転角度などの物理的パラメータを検出するのに役立つ。例えば、試験台技術は、内燃機関、電気モータ、ギヤボックス、ポンプなどの回転部品のトルク及び回転角度を測定するために使用される。また、ワークの切屑除去加工においても、回転部品のトルクや回転角度を測定する。

【0003】

ＫｉＴｏｒｑとして知られ、ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ４５５０Ａ＿０００－８８０ｄ－０８．２０に文書化されているトルク及び回転角度を検出するためのシステムは、本出願人から入手可能である。ＫｉＴｏｒｑは、本発明の目的のための先行技術と見なされる。ＫｉＴｏｒｑは、ロータユニット及びステータユニットを特徴とする。ロータユニットは、ねじ接続を介して任意の回転部品に取り付けることができるフランジとして設計される。ロータユニットは、２００００ｍｉｎ^－１までの回転速度のために構成される。一方、ステータユニットは静止している。それは、ラジアルエアギャップによって回転軸に対してロータユニットから分離されている。

【0004】

ロータユニットは、歪みゲージを備える。歪みゲージは、測定グリッド及びブリッジ回路を備える。電圧が測定グリッドに印加されると、測定グリッドは電気抵抗を示す。電気抵抗は、測定グリッドの膨張又は圧縮時に変化し、電気抵抗の変化は、ブリッジ回路内に測定信号を生成する。このようにして、歪みゲージは、ロータユニットに作用するトルクを検出する。歪みゲージは、最大３５ｋＳａｍｐｌｅのサンプリングレートで最大１万個の測定信号／秒を生成する動的な方法でトルクを検出する。測定信号は２４ビットの分解能を有する。

【0005】

ロータユニットは、互いに離間した複数の双極子磁石を備える。ステータユニットは、ロータユニットの回転中に双極子磁石の磁場を測定する磁場センサを備える。システムは、測定された磁場をカウントし、双極子磁石間の距離が既知であるため、そこからロータユニットが移動する回転角度を決定する。

【0006】

ロータユニットは、ロータアンテナを備え、ステータユニットは、ロータユニットからステータユニットへ測定信号を送信するためのステータアンテナを備える。測定信号の送信は、ロータアンテナが測定信号をステータアンテナに送信することによって非接触で行われる。この目的のために、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ（ＩＳＭ）バンドの１３．５６ＭＨｚの送信周波数が使用され、最大１．４Ｍｂｉｔｓｅｃ^－１のデータ送信レートが達成される。

【0007】

歪みゲージ及びロータアンテナの動作のために、ロータユニットに電力が供給されなければならない。この目的のために、ステータユニットは一次コイルを備え、ロータユニットは二次コイルを備える。一次コイル及び二次コイルは、互いに誘導結合される。一次コイルの一次電圧は、二次コイルに二次電圧を生成する。一次コイルと二次コイルとの誘導結合は、１１５ｋＨｚ～１３０ｋＨｚの範囲のキャリア周波数を有するＩＳＭバンドで非接触方式で生じる。

【0008】

双極子磁石は、フェライト粉末／ゴムの磁化混合物からなる。２００ｍＴ未満では、双極子磁石の残留磁気は比較的弱い。そのような弱い残留磁気は、したがって回転角度の決定を改ざんする可能性がある、外部磁場によって容易に妨害される。

【0009】

誘導結合を達成するために、二次コイルは鉄粉／樹脂混合物を含む。鉄粉／樹脂混合物は、迅速に混合され、ヘラを使用して湾曲した形状のロータユニットに容易に塗布されて急速に硬化する。特に、異なる曲率半径を有するロータユニットに同じ鉄粉／樹脂混合物を使用することができる。したがって、鉄粉／樹脂混合物の使用は、可変性の高い費用対効果の高い製造をもたらす。しかしながら、新たに混合された鉄粉／樹脂混合物は、鉄粉／樹脂混合物が硬化した後、さらに低い透磁率をもたらすまで持続する空気含有物を含む。結果として、一次コイルと二次コイルとの間の誘導結合は、低効率である。

【0010】

上述の理由から、双極子磁石及び磁場センサ並びに一次コイル及び二次コイルは、互いに近接して配置されなければならない。ステータユニットとロータユニットとの間のラジアルエアギャップは、幅がわずか１．０ｍｍであり、＋／－０．５ｍｍのラジアルエアギャップの厳しい許容範囲に適合しなければならない。ラジアルエアギャップのこの狭い許容範囲に適合するために、ロータユニットは、ＤＩＮ ＩＳＯ １９４０－１に従ってＧ２．５のバランス品質等級で製造されるが、ＫｉＴｏｒｑの製造は複雑で高価になる。

【0011】

多くの場合、ロータユニットが回転部品に取り付けられた後、ロータユニットに隣接するステータユニットを取り付けて磁場センサを双極子磁石に近接して配置するためのスペースが回転部品の近傍に十分にない。しかしながら、磁場センサと双極子磁石との間の距離が大きいほど、磁場センサによる双極子磁石の磁場の測定に誤りが生じやすく、回転角度の決定が歪められる可能性がある。

【0012】

本発明の第１の目的は、ロータユニット及びステータユニットが、回転軸に対してラジアルエアギャップによって互いに分離され、エアギャップが、ＫｉＴｏｒｑによる従来技術から知られているものよりも広く、ＫｉＴｏｒｑによる従来技術よりも幅に関してより広い許容範囲を有する、ロータユニット及びステータユニットを備えるトルク及び回転角度検出システムを提供することである。

【0013】

本発明の第２の目的は、回転角度の検出が外部磁場によって容易に妨害されないトルク及び回転角度検出システムを提案することである。

【0014】

さらに、本発明の第３の目的は、製造がＫｉＴｏｒｑによる従来技術よりも安価である、トルク及び回転角度検出システムを求めることである。

【0015】

最後に、本発明の第４の目的は、磁場センサを双極子磁石に近接して配置するためにステータユニットをロータユニットに隣接して容易かつ迅速に取り付けることができるトルク及び回転角度検出システムを提供することである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0016】

【文献】ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ４５５０Ａ＿０００－８８０ｄ－０８．２０

【発明の概要】

【0017】

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項に記載の特徴によって達成されている。

【0018】

本発明は、回転軸の周りを回転することができるロータユニットを備え、静止して配置され、回転軸に対して半径方向であるエアギャップによってロータユニットから分離されたステータユニットを備え、ロータユニットは、ロータユニットに作用するトルクを検出する歪みゲージを備え、ロータユニットは、互いに離間して配置された複数の双極子磁石を備え、ステータユニットは、ロータユニットの回転中に双極子磁石の磁場を測定する磁場センサを備え、ステータユニットは一次コイルを備え、ロータユニットは二次コイルを備え、一次コイルの一次電圧は、二次コイルの二次電圧を生成し、双極子磁石はそれぞれ、１，０００ｍＴ以上、好ましくは１，４００ｍＴ以上の残留磁気を有し、二次コイルは、複数のフェライト素子を備える、トルク及び回転角度検出システムに関する。

【0019】

本発明によれば、ロータアセンブリの双極子磁石は、強い残留磁気を有する。本発明による双極子磁石の残留磁気は、ＫｉＴｏｒｑによる双極子磁石の磁化フェライト粉末／ゴム混合物の残留磁気と比較して少なくとも５倍高い。ステータユニットの磁場センサによる双極子磁石の磁場の測定をより長い距離から実行することを可能にするのは、この強い残留磁気である。さらに、残留磁気は強いので、外部磁場によって容易に妨害されない。

【0020】

フェライト素子は、高圧で均一なペレットにプレスされた非常に純粋な鉄－酸素化合物からなる。そのため、フェライト素子は、磁性材料を多く含むことを特徴とし、緻密性が高い。このため、フェライト素子は透磁率が高い。さらに、フェライト素子は、ＫｉＴｏｒｑによる鉄粉／樹脂混合物と比較して、一次コイルと二次コイルとの間の誘導結合の効率を改善する。効率が改善されているため、より長い距離にわたって誘導結合が起こり得る。

【0021】

したがって、本発明によるシステムの二次コイルにおける強い残留磁気を有する双極子磁石とフェライト素子との組み合わせは、ロータユニットとステータユニットとの間のラジアルエアギャップを増加させることが可能であり、ラジアルエアギャップの許容幅の許容範囲をさらに増加させることが可能であるという相乗効果を有する。

【0022】

さらに、フェライト素子は、購入するのに安価であり、システムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0023】

トルク及び回転角度検出システムの好ましい実施形態の概要は、従属請求項に提供される。

【0024】

システムの好ましい実施形態では、ラジアルエアギャップの幅は２．０ｍｍ以上であり、ラジアルエアギャップの許容範囲は＋／－１．５ｍｍである。

【0025】

ここで、ラジアルエアギャップは少なくとも２倍のサイズであり、その許容可能なラジアルエアギャップ許容範囲は、ＫｉＴｏｒｑによる従来技術のトルク及び回転角度検知システムと比較してさらに３倍大きい。

【0026】

システムの好ましい実施形態では、ロータユニットは、ロータ本体と、ロータ本体の外側に設けられた複数の止まり穴とを備え、フェライト素子は、止まり穴内に固定されている。

【0027】

止まり穴へのフェライト素子のこの固定は達成が容易であり、これによりシステムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0028】

システムの好ましい実施形態では、止まり穴内のフェライト素子の固定は、フォームロック接続によって達成される。

【0029】

システムの好ましい実施形態では、各止まり穴は内部空間を含み、この内部空間は少なくとも１つの内面を備え、各フェライト素子は、少なくとも１つの外面を備え、内面及び外面は、サイズが互いに一致するように機械加工され、内面及び外面の機械的接触は、フォームロック接続をもたらす。

【0030】

フォームロック接続は、２００００ｍｉｎ^－１以上の高い遠心力下でもフェライト素子がロータ本体から取り外されないことを保証する。このフォームロック接続は達成が容易であり、システムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0031】

システムの好ましい実施形態では、ロータユニットはコイル巻線を備え、コイル巻線はフェライト素子の外側に半径方向に取り付けられる。

【0032】

フェライト素子の外側への径方向のコイル巻線のこの取り付けも達成が容易であり、これにより、システムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0033】

システムの好ましい実施形態では、双極子磁石はネオジム－鉄－ホウ素で作られる。

【0034】

ネオジム－鉄－ホウ素で作られた双極子磁石は、購入が安価であり、これはまた、システムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0035】

システムの好ましい実施形態では、ロータユニットは、ロータ本体と、ロータ本体の外側に半径方向に配置された溝とを備え、双極子磁石は、溝内に固定されている。

【0036】

この溝は、ロータ本体内に容易に作製される。このようにして、溝内に固定された双極子磁石は、単純な設計のロータカバーによって双極子磁石及びコイル巻線を覆うことができるようにコイル巻線と回転軸から実質的に同じ半径方向距離に配置される。したがって、溝は、システムの製造を費用対効果の高いものにすることに寄与する。

【0037】

システムの好ましい実施形態では、ロータユニットはロータカバーを備え、ロータカバーはロータユニットの外側に半径方向に取り付けられる。

【0038】

システムの好ましい実施形態では、ロータカバーは、フォースロック接続によってロータユニットに取り付けられる。

【0039】

システムの好ましい実施形態では、ロータカバーは、ロータユニットに締付される。

【0040】

システムの好ましい実施形態では、ロータユニットはコイル巻線を備え、ロータユニットに締付されたロータカバーは、コイル巻線及び双極子磁石を完全に覆う。

【0041】

このロータカバーは、双極子磁石及びコイル巻線を機械的損傷から保護する。このロータカバーは、ロータユニットに容易に取り付けることができ、システムの製造を費用対効果の高いものにする。

【0042】

システムの好ましい実施形態では、ステータユニットは、ロータユニットに対して＋／－１．０ｍｍの範囲の軸方向オフセット公差で回転軸に沿って配置される。

【0043】

軸方向オフセット公差は、ステータユニットがロータユニットに隣接して取り付けられるとき、軸方向自由度に対応する。磁場センサによる双極子磁石の磁場の測定は、この軸方向オフセット公差に適合するときに妨害されない。この軸方向自由度により、ステータユニットをロータユニットに隣接して容易かつ迅速に取り付けることができる。

【0044】

システムの好ましい実施形態では、磁場センサは、測定された各磁場について磁場信号を生成し、ステータユニットは、評価ユニットを備え、この評価ユニットは、評価プログラムを実行し、磁場センサは、磁場信号を評価ユニットに送信し、評価プログラムは、磁場信号をカウントし、それに双極子磁石の互いからの距離を乗算して、ロータユニットが移動した回転角度を決定する。

【0045】

システムの好ましい実施形態では、歪みゲージは、検出されたトルクの測定信号を生成し、ロータユニットは、ロータアンテナを備え、歪みゲージは、測定信号をロータアンテナに送信し、ステータユニットは、ステータアンテナと評価ユニットとを備え、評価ユニットは、評価プログラムを実行し、ロータアンテナは、測定信号をステータアンテナに送信し、ステータアンテナは、ロータアンテナから受信した測定信号を評価ユニットに送信し、評価プログラムは、送信された測定信号からロータユニットに作用するトルクを決定する。

【0046】

以下では、図面を参照して、例として本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】ロータユニット１０及びステータユニット２０を備えるトルク及び回転角度検出システム１の一部分の図を示す。

【図2】図１の線Ｃ－Ｃに沿った断面によるシステム１の一部分の図を示す。

【図3】図２によるシステム１の一部分の拡大断面図を示す。

【図4】図１及び２によるロータユニット１０の一部分の拡大図を示す。

【図5】図３の線Ｄ－Ｄによるロータユニット１０の一部分の拡大断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0048】

図１は、トルク及び回転角度検出システム１の一部分の図を示す。図２は、図１の線Ｃ－Ｃに沿った断面による図を示す。図３は、図２に示すシステム１の一部分の拡大断面図である。図４は、図１及び２に示すロータユニット１０の一部分の拡大図である。さらに、図５は、図３の線Ｄ－Ｄによるロータユニット１０の一部分の拡大断面図である。同じ参照符号は、図中の同じ物体を示す。

【0049】

システム１は、回転軸Ｘ、水平軸Ｙ、及び垂直軸Ｚを含む３次元座標系で表される。３つの軸は互いに垂直である。

【0050】

システム１は、ロータユニット１０及びステータユニット２０を備える。

【0051】

ロータユニット１０は、中空円筒形状のロータ本体１００を備える。ロータ本体１００は、鋼、ステンレス鋼などの機械的に耐性のある材料で作られている。ロータユニット１０は、ねじ接続により任意の回転部品に取り付けることができるフランジとして設計される。ロータユニット１０は、２００００ｍｉｎ^－１以上の回転速度用に構成される。

【0052】

ステータユニット２０は、静止して配置される。これは、回転軸Ｘに対してラジアルエアギャップ３０によってロータユニット１０から分離されている。ラジアルエアギャップ３０の幅は２．０ｍｍ以上であり、ラジアルエアギャップの公差３１は＋／－１．５ｍｍの範囲内である。これにかかわらず、回転軸Ｘに沿ったロータユニット１０に対するオフセットには軸方向オフセット公差３２がある。軸方向オフセット公差３２は、＋／－１．０ｍｍの範囲内である。

【0053】

ロータユニット１０は、歪みゲージ１５を備える。歪みゲージ１５は、測定グリッド及びブリッジ回路を備える。電圧が測定グリッドに印加されると、測定グリッドは電気抵抗を示す。電気抵抗は、測定グリッドの膨張又は圧縮時に変化し、電気抵抗の変化は、ブリッジ回路内に測定信号を生成する。歪みゲージ１５は、最大３５ｋＳａｍｐｌｅのサンプリングレートで最大１万個の測定信号／秒を生成する動的な方法でトルクを検出する。測定信号は２４ビットの分解能を有する。歪みゲージ１５は、最大公称トルク１００Ｎｍ以上を０．０５％以下の精度で検出する。

【0054】

ロータユニット１０は、ロータアンテナ１３をさらに備え、ステータユニット２０は、ステータアンテナ２３を備える。歪みゲージ１５とロータアンテナ１３とは、電気接続線によって互いに電気的に接続されている。歪みゲージ１５は、電気接続線を介して測定信号をロータアンテナ１３に送信する。測定信号は、ロータユニット１０からステータユニット２０に非接触で送信される。この目的のために、ロータアンテナ１３は、測定信号をステータアンテナ２３に送信する。好ましくは、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ（ＩＳＭ）バンドの１３．５６ＭＨｚの送信周波数が使用され、最大１．４Ｍｂｉｔｓｅｃ^－１のデータ送信レートが達成される。

【0055】

ロータユニット１０は二次コイル１１を備え、ステータユニット２０は一次コイル２１を備える。一次コイル２１と二次コイル１１とは誘導結合されている。一次コイル２１の一次電圧は、二次コイル１１に二次電圧を生成する。誘導結合により、ステータユニット２０は、ロータユニット１０に電力を供給する。一次コイル２１と二次コイル１１との間の誘導結合は非接触であり、１１５ｋＨｚ～１３０ｋＨｚの範囲のキャリア周波数を有するＩＳＭバンドで生じる。

【0056】

二次コイル１１及び歪みゲージ１５は、電気接続線によって互いに電気的に接続されている。二次コイル１１は、電気接続線を介して歪みゲージ１５に電力を供給する。二次コイル１１及びロータアンテナ１３は、電気接続線によって互いに電気的に接続されている。二次コイル１１は、電気接続線を介してロータアンテナ１３に電力を供給する。

【0057】

ロータユニット１０は、複数の止まり穴１２を備える。止まり穴１２は、ロータ本体１００の外側に半径方向に配置される。止まり穴１２は、回転軸Ｘから一定の半径方向距離をおいて円周上に配置される。好ましくは、各止まり穴１２は止まり穴開口部１２０を備える。止まり穴開口部１２０は、ロータ本体１００の回転軸Ｘに平行に配置される。各止まり穴１２は、止まり穴開口部１２０と、内部空間１２１とを備える。止まり穴開口部１２０は、ロータ本体１００の回転軸Ｘに平行に配置される。内部空間１２１は、止まり穴開口部１２０を通ってロータユニット１０の外側からアクセスすることができる。

【0058】

二次コイル１１は、複数のフェライト素子１１０を備える。フェライト素子１１０は、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライトなどである。好ましくは、フェライト素子１１０は、３Ｃ９０材料から作られる。３Ｃ９０材料等級は、２，０００以上、好ましくは２，３００以上の初透磁率を示す。初透磁率は、規格ＤＩＮ ＩＥＣ ６０４０１に従って、２５°Ｃの室温で、１０ｋＨｚ以下の低電流周波数及び０．２５ｍＴ未満の低ピーク磁束を用いて決定される。初透磁率は、＋／－２０％の散乱を示す。１１５ｋＨｚ～１３０ｋＨｚの範囲のキャリア周波数では、３Ｃ９０材料は１６５ｋＷｍ^－３～２０５ｋＷｍ^－３の範囲で低渦電流損を示す。渦電流損は、室温２５°Ｃ、ピーク磁束１００ｍＴで決定される。好ましくは、フェライト素子１１０は、円筒形状である。各フェライト素子１１０は、直径２．０ｍｍ、長さ７．５ｍｍであることが好ましい。好ましくは、二次コイル１０は、１００個のフェライト素子１１０を備える。好ましくは、フェライト素子１２の互いの距離は３．７ｍｍである。

【0059】

フェライト素子１１は、止まり穴１２の周囲に互いに一定の距離をおいて配置されている。フェライト素子１１０は、止まり穴１２内に固定される。各止まり穴１２には、一つのフェライト素子１１０が固定されている。フェライト素子１１０は、止まり穴開口部１２０を通って内部空間１２１に挿入される。フェライト素子１１０は、係合などのフォームロック接続によって、又は接着接合などの材料接合によって、又は締付などのフォースロック接続によって、又はフォームロック接続、材料接合、及びフォースロック接続の任意の組み合わせによって、止まり穴１２内に固定される。好ましくは、内部空間１２１は少なくとも一つの内面１００１を備え、フェライト素子１１０は少なくとも一つの外面１１０１を備える。内面１００１と外面１１０１とは互いに一致するように機械加工され、内面１００１と外面１１０１との機械的接触はフォームロック接続をもたらす。そのため、ロータユニット１０が２００００ｍｉｎ^－１以上の回転速度で回転し、フェライト素子１１に遠心力が作用するとき、フォームロック接続によりフェライト素子１１がロータ本体１００から分離することが防止されるため、フェライト素子１１がロータ本体１００から取り外されることがない。

【0060】

ロータユニット１０は、コイル巻線１１１を備える。コイル巻線１１１は、フェライト素子１１０の外側に半径方向に取り付けられている。コイル巻線１１１は、回転軸Ｘから一定の半径方向距離をおいて円周上に配置される。コイル巻線１１１は、銅などの導電性材料で作られたワイヤからなる。有利には、ワイヤは直径０．４ｍｍである。

【0061】

ロータユニット１０は、溝１６を備える。溝１６は、ロータ本体１００の外側に半径方向に設けられる。溝１６は、回転軸Ｘから一定の半径方向距離をおいて円周上に配置される。

【0062】

ロータユニット１０は、１，０００ｍＴ以上、好ましくは１，４００ｍＴ以上の残留磁気を有する複数の双極子磁石１４を備える。好ましくは、双極子磁石１４はネオジム－鉄－ホウ素で作られる。好ましくは、双極子磁石１４は溝１６内に固定される。双極子磁石１４は、接着接合などの材料接合によって、又は締付などのフォースロック接続によって、又は材料接合とフォースロック接続との組み合わせによって固定される。双極子磁石１４は、溝１６の周囲に互いに一定の距離をおいて配置されている。好ましくは、ロータユニット１０は、７２個の双極子磁石１４を備える。好ましくは、双極子磁石１４間の距離は５．０ｍｍである。双極子磁石１４は直方体形状であることが好ましい。好ましくは、各双極子磁石１４のサイズは３．０ｘ３．０ｘ４．０ｍｍ^３である。したがって、各双極子磁石１４は、回転軸Ｘに沿って３ｍｍの軸方向長さを有する。この３ｍｍの軸方向長さにより、ステータユニット２０をロータユニット１０に隣接して取り付けるとき、軸方向自由度が可能になる。この理由は、ステータユニット２０の磁場センサ２４を双極子磁石１４に近接して取り付ける必要がもはやなく、むしろ磁場センサ２４による双極子磁石１４の磁場の測定に影響を及ぼすことなく＋／－１．０ｍｍの範囲の軸方向オフセット公差３２で取り付けることができるからである。

【0063】

ロータユニット１０は、ロータカバー１７を備える。ロータカバー１７は、ロータユニット１０の外側に半径方向に取り付けられる。ロータカバー１７は、クランプ等のフォースロック接続によってロータユニット１０に取り付けられる。ロータカバー１７は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの引張強度及び剛性が高い材料で作られる。ロータカバー１７は、回転軸Ｘから一定の半径方向距離をおいて円周上に配置される。ロータカバー１７は、リボン形状である。有利には、ロータカバー１７は、弾性変形によってロータユニット１０に締付されてもよい。有利には、ロータユニット１０に締付されたロータカバー１７は、コイル巻線１１１及び双極子磁石１４を完全に覆う。有利には、双極子磁石１４の半径方向外側端部は、コイル巻線１１１の半径方向外側端部と回転軸Ｘから実質的に同じ半径方向距離に位置する。したがって、ロータユニット１０に締付されたロータカバー１７は、コイル巻線１１１と半径方向の外側で直接機械的表面接触し、双極子磁石１４と直接機械的表面接触する。ロータカバー１７は、コイル巻線１１１及び双極子磁石１４を機械的損傷から保護する。

【0064】

ステータユニット２０は、ロータユニット１０の回転中に双極子磁石１４の磁場を測定する磁場センサ２４を備える。磁場センサ２４は、ホール効果センサ、磁気抵抗センサなどである。測定された各磁場について、磁場センサ２４は磁場信号を生成する。磁場信号は、好ましくはデジタル信号である。

【0065】

ステータユニット２０は、評価ユニット２５を備える。評価ユニット２５は、少なくとも一つのデータプロセッサ及び少なくとも一つのデータメモリを備える電気回路である。評価ユニット２５は、少なくとも一つの評価プログラムを含む。評価プログラムは、データメモリに格納され、データメモリからデータプロセッサにロードすることができる。評価ユニット２５は、データプロセッサにロードされた評価プログラムを実行する。

【0066】

ステータアンテナ２３と評価ユニット２５とは、電気接続線によって互いに電気的に接続されている。ステータアンテナ２３は、ロータアンテナ１３から受信した測定信号を電気接続線を介して評価ユニット２５に送信する。データプロセッサにロードされた評価プログラムは、送信された測定信号からロータユニット１０に作用するトルクを算出する。

【0067】

磁場センサ２４と評価ユニット２５とは、電気接続線によって互いに電気的に接続されている。磁場センサ２４は、電気接続線を介して磁場信号を評価ユニット２５に送信する。データプロセッサにロードされた評価プログラムは、送信された磁界信号をカウントする。双極子磁石１４間の距離の量は、データメモリに格納される。データメモリから、データプロセッサにロードされた評価プログラムは、評価プログラムがカウントした磁場信号の数を乗算する双極子磁石１４の互いからの距離の量を読み込み、それによりロータユニット１０が移動した回転角度を決定する。

【0068】

システム１は、様々な方法で工業測定技術に有用である。したがって、システム１は、例えば、試験台技術においてトルク及び回転角度を測定するために使用され得る。しかしながら、システム１は、回転部品のトルク及び回転角度を測定するためのワークの切削除去加工にも使用され得る。

【符号の説明】

【0069】

１ システム
１０ ロータユニット
１１ 二次コイル
１００ ロータ本体
１００１ 内面
１１０ フェライト素子
１１１ コイル巻線
１１０１ 外面
１２ 止まり穴
１２０ 止まり穴開口部
１２１ 内部空間
１３ ロータアンテナ
１４ 双極子磁石
１５ 歪みゲージ
１６ 溝
１７ ロータカバー
２０ ステータユニット
２１ 一次コイル
２２ ステータカバー
２３ ステータアンテナ
２４ 磁場センサ
２５ 評価ユニット
３０ ラジアルエアギャップ
３１ ラジアルエアギャップ許容値
３２ 軸方向オフセット公差
ｃ－ｃ セクション
ｄ－ｄ セクション
ｘ 回転軸
ｙ 水平軸
ｚ 垂直軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】