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特表2022-519982トルク伝達装置のトルクを決定するためのセンサデバイスおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-28
(54)【発明の名称】トルク伝達装置のトルクを決定するためのセンサデバイスおよび方法
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20220318BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 301L
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021533670
(86)(22)【出願日】2019-12-16
(85)【翻訳文提出日】2021-08-02
(86)【国際出願番号】 EP2019085298
(87)【国際公開番号】W WO2020120795
(87)【国際公開日】2020-06-18
(31)【優先権主張番号】102018009834.7
(32)【優先日】2018-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511268557
【氏名又は名称】カールスルーエ インスティトゥート フュア テクノロギー
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100217940
【弁理士】
【氏名又は名称】三並 大悟
(72)【発明者】
【氏名】クラウス、シーマン
(72)【発明者】
【氏名】ハーラルト、ライステ
(72)【発明者】
【氏名】シュテファン、バイルレ
(57)【要約】
本発明は、動作状態においてトルク伝達装置上に配置され得る少なくとも１つの強磁性要素と、少なくとも１つの測定要素を有する測定装置とを含むセンサ装置に関する。各測定要素は、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定するように構成される。測定装置は、測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達装置のトルクを決定するように構成される。本発明はさらに、トルク伝達装置のトルクを決定するための方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
動作状態においてトルク伝達デバイス（１）上に配置可能な少なくとも１つの強磁性要素（４）と、少なくとも１つの測定要素（３）を含む測定デバイスと、
を備え、
各測定要素（３）は、少なくとも１つの強磁性要素（４）の強磁性共鳴周波数を測定するように構成され、
前記測定デバイスは、前記測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて前記トルク伝達デバイス（１）のトルクを決定するように構成される、
センサ装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、少なくとも第１の強磁性層（４１）および第２の強磁性層（４２）を有し、前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、前記第１の強磁性層（４１）と前記第２の強磁性層（４２）との間に配置され、前記第１の強磁性層（４１）および前記第２の強磁性層（４２）を互いに磁気的に分離するように構成される少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層（４０Ｔ）を有する、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）の各々は、それぞれ、最大で約５００μｍ、好ましくは最大で約１μｍおよび／または少なくとも約５０ｎｍ、好ましくは少なくとも約１５０ｎｍの厚さを有し、および／または、前記それぞれの少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）の前記厚さおよび／または前記少なくとも１つの強磁性要素（４）の厚さは、実質的に一定である、
請求項２または３に記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、前記動作状態において前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）と前記トルク伝達デバイス（１）との間に配置される少なくとも１つの中間層（４Ｂ）を有し、前記少なくとも１つの中間層（４Ｂ）は、前記動作状態において前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）および前記トルク伝達デバイス（１）を磁気的に分離するように構成され、任意選択的に、
前記少なくとも１つの中間層（４Ｂ）は、最大で約５００μｍ、好ましくは最大で約５μｍおよび／または少なくとも約２００ｎｍ、好ましくは少なくとも約７５０ｎｍの厚さを有する、請求項２から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項6】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、前記動作状態において前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）と前記トルク伝達デバイス（１）との間に配置される少なくとも１つの基板（４Ｃ）を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項7】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、前記トルクにより引き起こされる機械的張力を前記トルク伝達デバイス（１）から前記少なくとも１つの強磁性要素（４）に伝達するために、接着、溶接、押圧、化学反応および／またはラッチ接続により前記動作状態におけるトルク伝達デバイス（１）に接続可能であり、任意選択的に、前記測定デバイスは、前記測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて、前記トルク伝達デバイス（１）の前記トルクを決定するように構成され、前記トルク伝達デバイス（１）と前記少なくとも１つの強磁性要素（４）との前記接続を通した前記機械的張力の不完全な伝達が考慮され、任意選択的に、前記測定デバイスは、較正ステップにおいて前記トルク伝達デバイス（１）と前記少なくとも１つの強磁性要素（４）との前記接続を通した前記機械的張力の前記不完全な伝達を決定するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項8】
少なくとも１つの測定要素（３）は、周波数掃引によって前記少なくとも１つの強磁性要素（４）の前記強磁性共鳴周波数を測定または決定するように構成され、および／または、前記動作状態において、少なくとも１つの測定要素（３）と少なくとも１つの強磁性要素（４）との間の最小距離は、最大で約１５００μｍ、好ましくは最大で約５００μｍ、さらに好ましくは最大で約３００μｍ、最も好ましくは最大で約１５０μｍの値を有し、および／または、
少なくとも１つの強磁性要素（４）の前記強磁性共鳴周波数の測定の間、前記少なくとも１つの測定要素（３）の表面と前記少なくとも１つの強磁性要素（４）との間の測定角度は、少なくとも約０°、好ましくは少なくとも約１２°、かつ最大で約２８°、好ましくは最大で約１６°の値を有し、および／または、
前記トルク伝達デバイス（１）は、シャフトとして設計される、請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項9】
前記少なくとも１つの測定要素（３）のうちの少なくとも１つの測定要素（３）は、高周波トリプレートストリップ線路として設計され、任意選択的に、前記高周波トリプレートストリップ線路は、画定された形で導波される高周波電磁波の反射モードで動作されるように構成され、任意選択的に、
前記高周波トリプレートストリップ線路は、前記強磁性共鳴周波数の測定のための前記反射モードにおいて少なくとも１つの反射信号を受信または測定するように構成され、前記少なくとも１つの反射信号は、固定の測定周波数において決定可能または測定可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項10】
前記少なくとも１つの測定要素（３）は、前記動作状態において測定平面に実質的に沿って配置され、前記測定平面は、前記トルク伝達デバイス（１）の表面に対して実質的に正接となるよう設計され、または、前記少なくとも１つの測定要素（３）は、前記動作状態において前記トルク伝達デバイス（１）の回転軸に関して周方向に実質的に沿って前記トルク伝達デバイス（１）を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項11】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、少なくとも１つの円周強磁性要素（４）として設計され、前記少なくとも１つの円周強磁性要素（４）は、前記動作状態において前記トルク伝達デバイス（１）の回転軸に関して周方向に沿って前記トルク伝達デバイス（１）を実質的に完全に取り囲み、または、前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は、少なくとも２つの強磁性要素（４）を含み、前記少なくとも２つの強磁性要素（４）は、前記トルク伝達デバイス（１）の回転軸に関して周方向に前記トルク伝達デバイス上に配置され、
前記少なくとも２つの強磁性要素（４）のうちの少なくとも１つは、実質的に平面であるように設計され、前記動作状態において、前記トルク伝達デバイス（１）の前記表面の接平面と実質的に平行に向けられ、および／または、
前記少なくとも２つの強磁性要素（４）のうちの少なくとも１つは、部分的に円周強磁性要素（４）として設計され、前記動作状態において、前記トルク伝達デバイス（１）の回転軸に関して周方向に沿って前記トルク伝達デバイス（１）を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項12】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）は磁気異方性を有し、および／または、前記測定デバイスは、少なくとも１つの磁界要素（２）をさらに含み、前記少なくとも１つの磁界要素（２）は、前記少なくとも１つの強磁性要素（４）に磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすために、前記動作状態において磁界を生成するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項13】
トルク伝達デバイス（１）のトルクを決定するための方法であって、少なくとも１つの強磁性要素（４）を前記トルク伝達デバイス（１）上に配置することと、
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）の強磁性共鳴周波数を測定することと、
前記測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて前記トルク伝達デバイス（１）の前記トルクを決定することと、
を含む方法。
【請求項14】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）を配置することは、前記少なくとも１つの強磁性要素（４）の前記トルク伝達デバイス（１）への接着、溶接、押圧、化学反応および／またはラッチ接続を含み、任意選択的に、前記トルク伝達デバイス（１）の前記トルクを決定することは、前記トルク伝達デバイス（１）と前記少なくとも１つの強磁性要素（４）との間の接続を通した機械的張力の不完全な伝達を考慮することを含み、任意選択的に、前記方法は、前記トルク伝達デバイス（１）と前記少なくとも１つの強磁性要素（４）との間の前記接続を通した前記機械的張力の前記不完全な伝達を決定することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）を製造することを含み、任意選択的に、少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）を製造することは、少なくとも、
第１の強磁性層（４１）を製造することと、
第１の絶縁性非導電性分離層（４０Ｔ）を前記第１の強磁性層（４１）上に製造することと、
第２の強磁性層（４２）を前記第１の絶縁性非導電性分離層（４０Ｔ）上に製造することと、をさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項16】
基板（４Ｃ）を製造することと、中間層（４Ｂ）を前記基板（４Ｃ）上に製造することと、をさらに含み、
前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）の強磁性層（４Ａ）が前記中間層（４Ｂ）上に製造され、前記中間層（４Ｂ）は、前記センサ装置の動作状態において前記少なくとも１つの強磁性層（４Ａ）および前記トルク伝達デバイス（１）を磁気的に分離するように構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記少なくとも１つの強磁性要素（４）の磁気異方性を生成するために、外部静磁界中で前記少なくとも１つの強磁性要素（４）をアニールすること、をさらに含む、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トルク伝達デバイス、特に荷重シャフトのトルクを決定するためのセンサ装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、機械工学（例えば車両技術、航空宇宙技術）の分野、特にトルクを決定するための測定技術の分野からのものである。特に、交番荷重を受ける回転部品は、直接の電気的接触が難しくまたはできないため、そのトルクの非接触測定がリアルタイムで行われる必要がある。
【0003】
Ｂｅｒｔｈｏｌｄら（「Ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ」、Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ １５８（２０１０）２２４～２３０）は、周波数混合法に基づいて磁歪反応を測定するための測定技法を記載している。この目的で、２つの周波数を有する磁界が用いられ、磁性材料の存在が、非線形磁化曲線に特有な測定信号のＦＦＴスペクトルの新たなピーク値を生成する。磁化曲線は機械的張力により変化され得るため、ピーク値の振幅は、材料の張力の測定値に対する特徴的な依存性を示す場合がある。Ｂｅｒｔｈｏｌｄら（「Ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ」、Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ １５８（２０１０）２２４～２３０）の内容は、その全部が、ここで説明の一部として含まれる。
【0004】
米国特許出願公開第２０１４／１５９７１０（Ａ１）号は、第１の磁気リングと、第２の磁気リングと、第１の磁気センサと、第２の磁気センサと、コントローラとを含む非接触検出デバイスを記載している。２つの磁気リングは、各々、トーションシャフトの２つの端部に取り付けられる。トーションシャフトが回転すると、コントローラは、２つの磁気センサを通して２つの磁気リングの磁界を検出する。検出された磁界に基づいて、コントローラは、トーションシャフトに印加されるねじりトルクとトーションシャフトの回転角度とを同時に算出する。米国特許出願公開第２０１４／１５９７１０（Ａ１）号の内容は、その全部が、ここで説明の一部として含まれる。
【0005】
ＷＯ２０１６／１６２０２８Ａ１は、逆磁歪効果を利用する、軸内を延びる機械要素上のモーメントの非接触測定のためのアセンブリおよび方法を記載している。機械要素は、少なくとも機械要素の軸方向部分内に設計され、径方向に配列された直線と平行に配列された永久磁化を有する。永久磁化は、好ましくは、軸に関して互いと正反対に配置された唯２つの極を有する。アセンブリは、永久磁化およびモーメントにより引き起こされる磁界の軸方向成分または永久磁化およびモーメントにより引き起こされる磁界の変化の軸方向成分を少なくとも測定するように設計された少なくとも１つの磁界センサをさらに含む。ＷＯ２０１６／１６２０２８Ａ１の内容は、その全部が、ここで説明の一部として含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、本発明の目的は、増大された効率および測定値の向上された信頼性を有する、トルク伝達デバイスのトルクを決定するためのセンサ装置および方法を提供することにある。
【0007】
この目的は、独立請求項に係るトルク伝達デバイスのトルクを決定するためのセンサ装置および方法によって実現される。好適な実施形態は、従属請求項の対象である。
【0008】
１つの態様は、動作状態においてトルク伝達デバイス、特にドライブシャフト上に配置され得る少なくとも１つの強磁性要素と、少なくとも１つの測定要素、特に少なくとも１つの測定ヘッドを含む測定デバイスとを含み、各測定要素は、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定するように構成され、測定デバイスは、測定された強磁性共鳴周波数および／または測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成される、センサ装置に関する。
【0009】
本発明に関して、特に、測定された強磁性共鳴周波数または測定された共鳴周波数のシフトに基づいて、生成されるねじり力によって少なくとも１つの強磁性要素の異方性磁界を変化させる印加トルクを決定するための、特に効率的かつ安価な方法が可能であることが認識されている。
【0010】
本説明に関して、動作状態とは、少なくとも１つの強磁性要素がトルク伝達デバイス上に配置され、少なくとも１つの測定要素が少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定するように配置されている状態として理解されるべきである。
【0011】
ここで、少なくとも１つの強磁性要素は、特に少なくとも１つの強磁性材料を含んでよく、少なくとも１つの強磁性要素は、好ましくは少なくとも１つの軟磁性強磁性要素として設計される。この文脈における軟磁性とは、少なくとも１つの軟磁性強磁性要素が、１２００Ａ／ｍ未満、好ましくは１０００Ａ／ｍ未満および／または０Ａ／ｍよりも大きい、好ましくは３００Ａ／ｍよりも大きい保磁力場強度（ｃｏｅｒｃｉｖｅ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を有するように理解されるべきである。これにより、磁気モーメントの歳差減衰（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ ｄａｍｐｉｎｇ）に基づく高周波損失が最小化されることができ、よって、強磁性共鳴周波数の高信頼な測定が保証されることができる。
【0012】
ここで、特に、異方性磁界の異方性磁界強度または一軸異方性磁界強度よりも小さい保磁力場強度を有する軟磁性強磁性要素が選択されてよい。保磁力場強度は、好ましくは最大で異方性磁界強度の２／３、より好ましくは最大で異方性磁界強度の１／３の値、および／または、好ましくは少なくとも異方性磁界強度の１／５、より好ましくは少なくとも異方性磁界強度の１／４の値を有してよい。よって、少なくとも１つの軟磁性強磁性要素は、例えば３０００Ａ／ｍの異方性磁界強度において１０００Ａ／ｍ未満の保磁力場強度を有するように選択されてよい。
【0013】
少なくとも１つの強磁性要素は、特に、少なくとも１つの強磁性磁歪要素として設計されてよい。ここで、磁歪材料は、その磁化を変化させることにより、特にビラリ効果に従って、印加された機械的張力に反応することができる。
【0014】
さらに、特に少なくとも１つの永久磁石および／または少なくとも１つの電磁石が、少なくとも１つの強磁性要素に一体化されてよい。さらに、特に少なくとも１つの永久磁石および／または少なくとも１つの電磁石が、トルク伝達デバイスに一体化されてよい。特に、少なくとも１つの永久磁石をトルク伝達デバイスに一体化することにより、トルク伝達デバイス内の電源デバイスが回避されることができる。これにより、少なくとも１つの強磁性要素の異方性が安定化されることができ、および／または、測定デバイスの測定周波数が様々に変えられることができる。
【0015】
ここで、少なくとも１つの強磁性要素は、さらに、トルク伝達デバイスの不均衡が回避されるようにトルク伝達デバイス上に配置されてよい。換言すれば、少なくとも１つの強磁性要素は、トルク伝達デバイス上への少なくとも１つの強磁性要素の配置の前におけるトルク伝達デバイスの回転軸が、トルク伝達デバイス上への少なくとも１つの強磁性要素の配置の後におけるトルク伝達デバイスの回転軸に実質的に対応するように、トルク伝達デバイス上に配置されてよい。さらに、少なくとも１つの強磁性要素は、トルク伝達デバイスの回転軸に関して少なくとも部分的に実質的に軸対称に配置されてよい。これは、トルク伝達デバイスの回転軸の安定的な位置を可能とする。
【0016】
測定デバイスは、少なくとも１つの測定要素を含み、各測定要素は、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定するように構成され、測定デバイスは、測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成される。ここで、測定デバイスおよび／または少なくとも１つの測定要素は、例えばストリップ線路による強磁性共鳴（ＦＭＲ）測定技法および／またはベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）ＦＭＲ測定技法および／またはパルス誘導マイクロ波磁気測定（ｐｕｌｓｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ）（ＰＩＭＭ）ＦＭＲ測定技法を実行するように構成されてよい。
【0017】
ここで、測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づくトルク伝達デバイスのトルクの決定に関する理論的背景が、正方形強磁性要素を例として用いて説明され、正方形強磁性要素は、例示的な円筒形シャフト上に配置される。この目的で、下記で用いられる変数を例示的に示す図８が特に参照される。正方形強磁性要素は、辺長さａを有する。角度φのシャフトの軸周りの回転は、シャフトの変形を引き起こし、それにより、正方形強磁性要素はせん断角γだけせん断変形される。これにより、正方形強磁性要素の第１の対角線ｄ１は引き伸ばされ、一方で第２の対角線ｄ２は短縮される。
【数1】
【数2】
【0018】
これは、対応する変形をもたらす。
【数3】
【数4】
【0019】
さらに、せん断角γは、角度φ、シャフトの半径ｒおよびシャフトの長さＬに基づいて決定されることができる。
【数5】
【0020】
角度φは、トルクＭｔ、シャフトの長さＬ、せん断弾性率Ｇおよび慣性モーメントＪから求まる。
【数6】
【0021】
ここで、慣性モーメントＪは、以下により表されることができる。
【数7】
【0022】
式（６）および（７）を式（５）に入れると、せん断角γが得られる。
【数8】
【0023】
フックの法則および式（３）、（４）および（８）によれば、１つの対角線ｄｉに沿った正方形強磁性要素の表面上の機械的張力σについて、以下の公式が求まる。
【数9】
【0024】
高周波電磁界に曝された、膜の平面内に一軸異方性を有する強磁性薄膜の動態は、Ｌａｎｄａｕ－Ｌｉｆｓｃｈｉｔｚ－Ｇｉｌｂｅｒｔの公式により説明される。特に、これは、強磁性共鳴周波数についての周知のＫｉｔｔｅｌの公式をもたらす。
【数10】
【0025】
ここで、
は、ジャイロ磁気定数であり、μ０は磁界定数であり、ＪＳは飽和分極であり、Ｈｕは膜の平面内の一軸異方性磁界の量である。
【数11】
【0026】
特にシャフトに印加されるトルクにより生成された張力によって、正方形強磁性膜に荷重がかけられると、強磁性共鳴周波数が上記張力に依存するようになる。膜の平面内の一軸異方性磁界
に加えて、張力により生成される実効的な磁気弾性異方性磁界（ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｆｉｅｌｄ）
が考慮されなければならない。
【数12】
【数13】
【数14】
【0027】
ここで、
は、膜の平面内における実効的な二軸異方性磁界であり、λＳは飽和磁歪定数である。よって、式に（１１）に基づき、以下が得られる。
【数15】
【数16】
【0028】
このとき、式（１０）においてＨｕにＨｕ，ｅｆｆを代入すると、張力依存性の強磁性共鳴周波数が得られる。
【数17】
【0029】
よって、強磁性共鳴周波数の測定または強磁性共鳴周波数のシフトの測定に基づいて、シャフトまたはトルク伝達デバイスに印加されたトルクを決定することが可能である。
【0030】
特に、これは、単一の信号線を用いてリアルタイムで印加トルクを決定することを可能とする。特に、顕著な強磁性共鳴（ＦＭＲ）、すなわち、ＦＭＲの１／５と１／１０との間の小さい半値幅ΔｆＦＭＲを有する共鳴ピークは、測定信号のより良好な解像度を可能とし、よってより好ましい信号対雑音比を可能とすることができる。センサ装置および／または測定デバイスおよび／または少なくとも１つの測定要素の読出し回路の測定周波数、または産業に関して（特に法的に）指定される周波数は、センサ装置および／または少なくとも１つの強磁性要素により用いられるまたは個々に適合されるべき強磁性共鳴周波数を規定する。よって、特に、センサ装置は、アプリケーションに応じて適合されることができる。
【0031】
特に、強磁性共鳴周波数の外側の低周波数ｆにおいて、少なくとも１つの強磁性要素の初期透磁率または元の透磁率の、より高いまたは低い値へのシフトが測定されることができる。
これにより、データ取得が特により効率的および／またはよりフレキシブルになされることができる。特に、低い測定周波数（ｆ→０）であっても、散乱パラメータＳ１１はまた、機械的張力の関数である実効的な一軸異方性に依存する。結果として、トルク伝達デバイスのトルクはまた、初期透磁率（（ｆ→０）における透磁率）の、または（ｆ→０）についての散乱パラメータＳ１１の測定から決定されることができる。
【数18】
【0032】
特に、少なくとも１つの測定要素は、周波数掃引によって少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定または決定するように構成されてよい。ここで、特に、物理的パラメータ、例えば散乱パラメータＳ１１のパラメータ・プロファイルが、測定周波数の周波数間隔にわたって決定されることができ、測定周波数は、周波数間隔の下限閾値と周波数間隔の上限閾値との間で様々に変えられる。強磁性共鳴周波数は、例えば、散乱パラメータＳ１１のパラメータ・プロファイルの最小値により、または、Ｓ１１データを用いて算出または評価され得る周波数依存性透磁率の虚部（ローレンツ曲線型の共鳴ピークプロファイル）により、決定されることができる。
【0033】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも１つの強磁性層を有してよい。ここで、強磁性層は、特に動作状態において、トルク伝達デバイスの表面と平行に形成されてよい。代替的にまたは加えて、少なくとも１つの強磁性層は、実質的に平面であるように設計されてよい。本説明に関して、実質的にとは、総体的に低い製造および環境関連の偏差として理解されるべきである。
【0034】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、２つ以上の強磁性層を有してよく、２つ以上の強磁性層のうち特に複数のもの、好ましくはその各々が、２つ以上の強磁性層の他のものとは異なる強磁性材料から形成されてよい。
【0035】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、２つ以上の強磁性層および少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層を有してよく、少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層のうちの少なくとも１つは、２つ以上の強磁性層のうちの２つの隣接する強磁性層の間に配置される。ここで、少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層の各々は、特に、２つ以上の強磁性層のうちのそれぞれの２つの隣接する強磁性層を互いに磁気的に分離する、またはそれぞれの隣接する強磁性層の間の磁気的相互作用を防止または低減するように構成されてよい。ここで、少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層は、例えば非導電性または低導電性材料から形成されてよく、それにより、２つ以上の強磁性層のうちのそれぞれの２つの隣接する強磁性層が互いに磁気的に実質的に分離される、またはそれぞれの隣接する強磁性層の間の磁気的相互作用が防止または低減される。
【0036】
特に、２つ以上の強磁性層は、少なくとも第１の強磁性層および第２の強磁性層を有してよい。特に、第１の強磁性層は、少なくとも第１の強磁性材料から製造されてよく、第２の強磁性層は、少なくとも第２の強磁性材料から製造されてよい。さらに、上述のように、第１の強磁性層は、少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層により第２の強磁性層から分離されてよい。換言すれば、少なくとも１つの強磁性要素は、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置された少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層を有してよい。少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層は、特に、第１の強磁性層および第２の強磁性層を互いに磁気的に分離する、またはこれらの強磁性層の間の磁気的相互作用を防止または低減するように構成されてよい。
【0037】
特に、少なくとも第１の強磁性材料から形成される第１の強磁性層、および少なくとも第２の強磁性材料から形成される第２の強磁性層は、異なる強磁性共鳴周波数を有してよい。特に、少なくとも１つの測定要素は、２つ以上の強磁性層の各々についてそれぞれの強磁性共鳴周波数を測定または決定するように構成されてよい。ここで、少なくとも１つの測定要素は、特に、少なくとも１つの強磁性要素の第１の強磁性層の第１の強磁性共鳴周波数および第２の強磁性層の第２の強磁性共鳴周波数を測定または決定するように構成されてよい。例えば、少なくとも１つの強磁性要素の周波数依存性透磁率が少なくとも１つの測定要素によって測定された場合に、２つの共鳴極大が観測され得る。
【0038】
特に、測定デバイスは、２つ以上の強磁性層の各々について測定された強磁性共鳴周波数のうちの少なくとも１つのシフトに基づいて、トルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよい。特に、測定デバイスは、測定された第１の強磁性共鳴周波数および／または測定された第２の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて、トルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよい。特に、測定デバイスは、それぞれの測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて、２つ以上の強磁性層の各々についてトルク伝達デバイスのそれぞれのトルクを決定するように構成されてよい。例えば、測定デバイスは、測定された第１の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスの第１のトルクを決定し、測定された第２の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスの第２のトルクを決定するように構成されてよい。測定デバイスは、さらに、第１のトルクおよび第２のトルクの算術平均に基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよく、測定デバイスは、このようなトルクの決定に限定されない。特に、測定デバイスは、２つ以上の強磁性層の各々について測定された強磁性共鳴周波数のうちの少なくとも１つのシフトに基づいてトルクを決定するための任意のアルゴリズムを用いてよい。例えば、それぞれに決定されたトルクの算術平均または重み付け平均が、２つ以上の強磁性層の各々について決定されることができる。代替的にまたは加えて、測定デバイスは、２つ以上の強磁性層の各々について測定された強磁性共鳴周波数の少なくともサブセットのシフトに基づいてトルクを決定するための任意のアルゴリズムを適用するように構成されてよい。
【0039】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも第１の強磁性層、第２の強磁性層および第３の強磁性層と、少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層とを有してよい。ここで、特に、少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層のうちの第１のものは、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されてよい。さらに、特に少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層のうちの第２のものは、第２の強磁性層と第３の強磁性層との間に配置されてよい。第２の強磁性層は、好ましくは、第１の強磁性層と第３の強磁性層との間に配置される。
【0040】
特に、第１の強磁性層は第１の強磁性材料から形成されてよく、第２の強磁性層は第２の強磁性材料から形成されてよく、第３の強磁性層は第３の強磁性材料から形成されてよく、第１、第２および第３の強磁性層は、異なる強磁性共鳴周波数を有する。特に、第１の強磁性層は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層は第２の強磁性共鳴周波数を有し、第３の強磁性層は第３の強磁性共鳴周波数を有する。
【0041】
特に、第３の強磁性層は、多層として設計されてもよい。多層は、例えば、第１の強磁性材料から製造された少なくとも第１のサブ層と、第２の強磁性材料から製造された少なくとも第２のサブ層とを含んでよく、これらは互いの上に直接適用または配置される。好ましくは、さらなる絶縁性非導電性分離層が第１のサブ層と第２のサブ層との間に配置されず、それにより、第１のサブ層および第２のサブ層が互いに磁気的に分離されず、または第１のサブ層と第２のサブ層との間の磁気的相互作用が可能である。結果として、多層は、特に第１の強磁性層の第１の強磁性共鳴周波数と第２の強磁性層の第２の強磁性共鳴周波数との間の、第３の強磁性共鳴周波数を有する。ここで、しかしながら、多層は、２つのサブ層に制限されず、特に２つ以上のサブ層を有してもよい。
【0042】
ここで、しかしながら、本開示は、第３の強磁性層が多層として設計されることに制限されない。代わりに、少なくとも１つの強磁性層の各々が、多層として設計され、異なる強磁性材料から製造された少なくとも２つのサブ層を含んでよい。
【0043】
少なくとも１つの測定要素は、特に、少なくとも１つの強磁性要素の第１の強磁性層の第１の強磁性共鳴周波数、第２の強磁性層の第２の強磁性共鳴周波数、および第３の強磁性層の第３の強磁性共鳴周波数を測定または決定するように構成されてよい。
【0044】
特に、測定デバイスは、測定された第１の強磁性共鳴周波数および／または測定された第２の強磁性共鳴周波数および／または測定された第３の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて、トルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよい。例えば、測定デバイスは、測定された第１の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスの第１のトルクを決定し、測定された第２の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスの第２のトルクを決定し、測定された第３の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスの第３のトルクを決定するように構成されてよい。測定デバイスは、さらに、例えば第１のトルク、第２のトルクおよび第３のトルクの算術平均に基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよく、しかしながら、測定デバイスは、このようなトルクの決定に限定されない。
【0045】
１つよりも多くの強磁性共鳴周波数を有する少なくとも１つの強磁性要素を用いる利点は、リアルタイムでの強磁性共鳴周波数の同時測定にある。特に、いくつかの強磁性共鳴周波数を同時に測定することにより、増大された測定効果と、よってより良好な解像度とを実現することが可能である。さらに、これにより、例えば温かいオイル・バス内のギアボックスの場合の、考えられる温度影響の向上された補償が可能とされることができる。さらに、トルクの測定に影響する、トルク伝達デバイス内の軸方向の力が、向上された形で検出されることもできる。
【0046】
特に、少なくとも１つの強磁性層の各々は、各々、最大で約５００μｍ、好ましくは最大で約１μｍおよび／または少なくとも約５０ｎｍ、好ましくは少なくとも約１５０ｎｍの厚さを有してよい。ここで、特にそれぞれの少なくとも１つの強磁性層の材料に依存して、それぞれの少なくとも１つの強磁性層の厚さのより大きい値またはそれぞれの少なくとも１つの強磁性層のより大きい体積は、より高強度な測定信号をもたらし、信号対雑音比を向上させ得ることが考慮されなくてはならない。よって、それぞれの少なくとも１つの強磁性層の厚さは、例えばセンサ装置のアプリケーションの経済的効率性、測定ユニットの測定精度および／またはトルク伝達デバイスの磁気的特性および／またはトルク伝達デバイスの環境に依存して選択されてよい。しかしながら、各種パラメータのこの列挙は、限定的なものとして解釈されるべきではない。
【0047】
特に、それぞれの少なくとも１つの強磁性層の厚さおよび／または少なくとも１つの強磁性要素の厚さは、実質的に一定であってよい。このような一定の厚さは、高信頼かつ再現可能な測定結果を保証することができる。
【0048】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、動作状態において少なくとも１つの強磁性層とトルク伝達デバイスとの間に配置される少なくとも１つのバッファ層または少なくとも１つの中間層を有してよい。ここで、少なくとも１つの中間層は、動作状態において少なくとも１つの強磁性層およびトルク伝達デバイスを磁気的に分離するように構成される。特に、少なくとも１つの中間層は、非導電性または低導電性材料から形成されてよい。ここで、動作状態において、少なくとも１つの強磁性要素の磁気的特性は、トルク伝達デバイスの考えられる磁気的特性によって影響され得ることが考慮されなくてはならない。例えば、強磁性材料から形成されるトルク伝達デバイスは、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性的特性、特に例えば異方性に影響および／または変化を及ぼす場合がある。これは、強磁性共鳴周波数の測定を誤らせ、または不可能にし得る。よって、少なくとも１つの中間層に起因して、測定デバイスの測定結果の信頼性、精度および再現性が向上されることができる。
【0049】
特に、少なくとも１つの中間層は、最大で約５００μｍ、好ましくは最大で約５μｍおよび／または少なくとも約２００ｎｍ、好ましくは少なくとも約７５０ｎｍの厚さを有してよい。しかしながら、少なくとも１つの中間層の厚さは、このような値に限定されない。代わりに、少なくとも１つの中間層の厚さは、例えばトルク伝達デバイスの磁気的特性に適合されてよい。特に、トルク伝達デバイスが強磁性的特性を有する場合、例えばトルク伝達デバイスがフェライト鋼から製造されたシャフトとして設計される場合、少なくとも１つの中間層の厚さは、必要であれば、動作状態において少なくとも１つの強磁性層およびトルク伝達デバイスを磁気的に分離するために、５００μｍよりも大きくなるように選択されてもよい。代替的に、少なくとも１つの中間層の厚さは、２００ｎｍ未満で実現されてもよい。
【0050】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、動作状態において少なくとも１つの強磁性層とトルク伝達デバイスとの間に配置される少なくとも１つの基板層または少なくとも１つの基板を有してよい。少なくとも１つの基板は、特に少なくとも１つの強磁性要素を損傷、例えば引き裂きから保護するように設計されてよい。さらに、少なくとも１つの基板は、少なくとも１つの強磁性要素とトルク伝達デバイスとの間の接続を強化するように設計されてよい。この目的で、例えば、少なくとも１つの基板の材料は、トルク伝達デバイスへの単純な接続が可能とされるように選択されてよい。よって、少なくとも１つの基板およびトルク伝達デバイスの材料を一致させることにより、トルク伝達デバイス上への少なくとも１つの強磁性要素の安定した装着が可能とされることができる。
【0051】
代替的にまたは加えて、少なくとも１つの基板は、少なくとも１つの基板の表面の総面積を増大させるために、表面の構造化、例えば表面の粗面化および／または表面のパターン形成を有してよい。このような、少なくとも１つの基板の表面の総面積の増大は、動作状態における、トルク伝達デバイスと反対向きの側での、少なくとも１つの中間層および／または少なくとも１つの強磁性層への少なくとも１つの基板の安定した接続を可能とすることができる。さらに、このような、動作状態におけるトルク伝達デバイスに面する側での少なくとも１つの基板の表面の総面積の増大は、トルク伝達デバイスへの少なくとも１つの基板の安定した接続を可能とすることができる。
【0052】
少なくとも１つの基板は、さらに、特にキャリア層および／またはキャリアプレートとして設計されてよい。ここで、少なくとも１つの基板は、特に、少なくとも１つの強磁性要素または少なくとも１つの強磁性層を、その輸送中および／またはトルク伝達デバイス上への少なくとも１つの強磁性要素の配置プロセス中における損傷および／または変形から保護する、またはこのような損傷および／または変形を低減するように設計されてよい。少なくとも１つの基板は、好ましくは最大で約１ｍｍ、より好ましくは最大で約５００μｍおよび／または好ましくは少なくとも約１μｍ、より好ましくは少なくとも約１０μｍの厚さを有してよい。
【0053】
少なくとも１つの中間層および／または少なくとも１つの基板は、特に、トルク伝達デバイスの機械的張力および／またはトルクを、好ましくは実質的に完全に、少なくとも１つの強磁性層へと伝達するように構成されてよい。
【0054】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、トルクにより引き起こされた機械的張力をトルク伝達デバイスから少なくとも１つの強磁性要素に伝達するために、接着により動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。この目的で、適当な接着剤、例えば二成分型接着剤が用いられてよい。この文脈における適当な接着剤とは、少なくとも１つの強磁性要素、特に少なくとも１つの強磁性要素の材料をトルク伝達デバイス、特にトルク伝達デバイスの材料に接着するのに適当な接着剤として理解されるべきである。接着剤は、好ましくは、少なくとも１つの強磁性要素の磁気的特性、特に少なくとも１つの強磁性要素の異方性磁界に対して実質的に影響または変化を及ぼさないように設計される。
【0055】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、トルクにより引き起こされた機械的張力をトルク伝達デバイスから少なくとも１つの強磁性要素に伝達するために、溶接または材料接続により動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。特に、溶接は、溶接溶加材ありでまたはなしで実行されてよい。例えば、少なくとも１つの強磁性要素は、超音波溶接により動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。溶接は、好ましくは、強磁性要素の平面内における一軸異方性磁界が、不変に保たれる、または制御された形で適合もしくは生成される、のいずれかとなるように、外部静磁界中で行われてよい。
【0056】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、トルクにより引き起こされた機械的張力をトルク伝達デバイスから少なくとも１つの強磁性要素に伝達するために、押圧により動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。
【0057】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、トルクにより引き起こされた機械的張力をトルク伝達デバイスから少なくとも１つの強磁性要素に伝達するために、化学反応させることまたは化学反応により動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。特に、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも１つの強磁性要素の、動作状態においてトルク伝達デバイス上に配置される側が、例えばイオン結合および／または共有接合を形成することにより、トルク伝達デバイスと化学的に反応するように設計されてよい。
【0058】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、トルクにより引き起こされた機械的張力をトルク伝達デバイスから少なくとも１つの強磁性要素に伝達するために、ラッチ接続または嵌合ロックにより動作状態におけるトルク伝達デバイスに接続可能であってよい。ここで、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも１つのラッチ接続要素を有してよく、少なくとも１つのラッチ接続要素は、動作状態においてトルク伝達デバイスの少なくとも１つの対応するラッチ接続要素に係合またはラッチ接続するように構成される。
【0059】
特に、測定デバイスは、トルク伝達デバイスと少なくとも１つの強磁性要素との接続を介した、トルクにより引き起こされる機械的張力の不完全な伝達を考慮して、測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定するように構成されてよい。特に、トルク伝達デバイスと少なくとも１つの強磁性要素との接続は、機械的張力を少なくとも部分的に吸収および／または少なくとも部分的に偏向してよい。式（１２）は、好ましくは、少なくとも２つの補正パラメータにより拡張されてよい。
【数19】
【0060】
パラメータαは、接続により引き起こされる少なくとも１つの強磁性要素の予張力を表し、パラメータβは、吸収または減衰因子を表す。このような補正が図１５に例示的に示されている。
【0061】
少なくとも１つの強磁性要素が少なくとも１つの中間層および／または少なくとも１つの基板を含むとした場合、予張力αおよび／または減衰因子βの値は、少なくとも基板と少なくとも１つの中間層および／または少なくとも１つの強磁性層との間、および／または少なくとも１つの中間層と少なくとも１つの強磁性層との間の接続を通したトルクの不完全な伝達を考慮するように適合されてよい。
【0062】
測定デバイスは、少なくとも１つの較正ステップにおいてトルク伝達デバイスと少なくとも１つの強磁性要素との間の接続を通した機械的張力の不完全な伝達を決定または指定するように構成されてよい。特に、予張力αおよび／または減衰因子βの値は、測定デバイスにより規定されてよく、および／または少なくとも１つの較正ステップに基づいて指定されてよく、および／またはユーザにより予め決定されてよい。
【0063】
特に、動作状態において、少なくとも１つの測定要素と少なくとも１つの強磁性要素との間の最小距離は、最大で約１５００μｍ、好ましくは最大で約５００μｍ、さらに好ましくは最大で約３００μｍ、最も好ましくは最大で約１５０μｍの値を有してよい。
【0064】
特に、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数の測定の間、少なくとも１つの測定要素の表面と少なくとも１つの強磁性要素との間の測定角度は、少なくとも約０°、好ましくは少なくとも約１２°かつ最大で約２８°、好ましくは最大で約１６°の値を有してよい。ここで、トルク伝達デバイスにトルクが印加されたときに、強磁性要素の少なくとも１つの領域が測定デバイスまたは測定デバイスのＨＦ測定ヘッド（特に、下記でさらに説明するように、トリプレートストリップ線路）により近づいてよく、それにより、この測定角度範囲において、ＨＦ力線の少なくとも１つの強磁性要素へのより容易な結合が可能とされる。これは、好ましくは測定信号の増大された強度をもたらすことができ、その理由は、好ましい測定角度を有する測定ヘッドと強磁性要素との間の距離がより小さくなるにつれて、測定ヘッドに向かってのＨＦ力場密度が（したがって吸収または反射される応答信号も）結果として増大するためである。これは、トルク伝達デバイスの回転軸をほぼ連続的に回転させないトルク伝達デバイスに対するトルク測定の場合に特に、増大された測定信号強度をもたらすことができる。
【0065】
特に、トルク伝達デバイスは、シャフトとして設計されてよい。トルク伝達デバイスは、好ましくは、実質的に円筒の形態で、および／またはトルク伝達デバイスの回転軸に関して実質的に軸対称に設計されてよい。
【0066】
特に、少なくとも１つの測定要素のうちの少なくとも１つの測定要素は、高周波トリプレートストリップ線路として設計されてよく、強磁性共鳴周波数の測定は、特に高周波トリプレートストリップ線路の離調に基づく。好ましくは、少なくとも１つの測定要素のうちの少なくとも１つの測定要素が、高周波トリプレートストリップ線路として設計されてよく、少なくとも１つの測定要素のさらなる測定要素が、高周波トリプレートストリップ線路とは異なる測定要素として設計されてよい。少なくとも１つの測定要素は、好ましくは、少なくとも２つの実質的に異なる測定要素を含んでよい。特に、高周波トリプレートストリップ線路は、約５０オームのインピーダンスに設計されてよい。さらに、高周波トリプレートストリップ線路は、特に画定された形で導波される高周波電磁波の反射モードにおいて動作されてよい。ここで、インピーダンスまたは高周波トリプレートストリップ線路の離調は、高周波トリプレートストリップ線路の前で生じる異なる電磁波振幅比の部分的またはほぼ完全な吸収によって引き起こされる。特に、高周波トリプレートストリップ線路は、強磁性共鳴周波数を測定するための反射モードにおいて少なくとも１つの反射信号を受信または測定するように構成されてよく、特に少なくとも１つの反射信号は、固定の測定周波数において決定または測定される。固定の測定周波数は、特に、強磁性共鳴周波数に近い、例えば強磁性共鳴周波数の少なくとも０．８倍、好ましくは強磁性共鳴周波数の少なくとも０．９倍および／または最大で強磁性共鳴周波数の１．２倍、好ましくは最大で強磁性共鳴周波数の１．１倍であってよい。固定の測定周波数は、特に、低い周波数、例えば最大で強磁性共鳴周波数の０．２５倍、好ましくは最大で強磁性共鳴周波数の０．１倍、より好ましくは最大で強磁性共鳴周波数の０．０５倍であってよい。
【0067】
これに対し、従来のストリップ線路においては、強磁性層のＨＦ特性を測定するためには強磁性層がストリップ線路に直接一体化されなければならない。周波数依存性の物理量、例えば周波数依存性透磁率の測定を行うためには、強磁性層および強磁性層が配置されるベース基板がストリップ線路の信号線と接地点との間に位置しなければならないため、これらの測定は非接触ではない。
【0068】
ここで、少なくとも１つの強磁性要素および少なくとも１つの測定要素は、少なくとも１つの測定要素の固有周波数が少なくとも１つの強磁性要素の共鳴周波数を上回るように設計されてよい。少なくとも１つの測定要素の固有周波数は、特に、少なくとも１つの測定要素のサイズまたは長さに依存する。これにより、特に、トルク伝達デバイスのトルクの決定における少なくとも１つの測定要素または少なくとも１つの測定ヘッドの幾何学的影響が、回避または低減されることができる。
【0069】
特に、少なくとも１つの測定要素は、動作状態において測定平面に実質的に沿って配置されてよく、測定平面は、トルク伝達デバイスの表面に対して実質的に正接である。ここで、しかしながら、少なくとも１つの測定要素は、このような形状に制限されず、他の形状を有してもよい。例えば、少なくとも１つの測定要素は、実質的に板状および／または実質的にＵ字形および／または実質的に少なくとも部分的に環状であってよい。特に、動作状態において、少なくとも１つの測定要素は、少なくとも部分的に、例えば少なくとも４５°、好ましくは少なくとも９０°および／または最大で３６０°、好ましくは最大で２７０°の角度範囲にわたって、例えばトルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向に実質的に沿って、トルク伝達デバイスを取り囲んでよい。代替的に、動作状態において、少なくとも１つの測定要素は、完全に、例えば実質的に被覆物のように、例えばトルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向に実質的に沿って、トルク伝達デバイスを取り囲んでよい。
【0070】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも１つの円周強磁性要素として設計されてよく、動作状態において、少なくとも１つの円周強磁性要素は、トルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向に沿ってトルク伝達デバイスを実質的に完全に取り囲む。ここで、少なくとも１つの円周強磁性要素および少なくとも１つの測定要素は、トルク伝達デバイスにトルクがかけられたときに、少なくとも１つの円周強磁性要素の強磁性共鳴周波数の連続的な測定が可能とされるように配置されてよい。
【0071】
例えば、少なくとも１つの強磁性要素は、実質的に板状および／または実質的にＵ字形／Ｖ字形および／または実質的に少なくとも部分的に環状および／または実質的にスリーブ状であってよい。
【0072】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、少なくとも２つの強磁性要素を含んでよく、少なくとも２つの強磁性要素は、トルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向にトルク伝達デバイス上に配置される。換言すれば、少なくとも１つの強磁性要素は、好ましくは、少なくとも２つの強磁性要素を含んでよく、少なくとも２つの強磁性要素は、トルク伝達デバイスがその回転軸をほぼ回転させるときに、少なくとも２つの強磁性要素が順次にまたは次々に回転軸と少なくとも１つの測定要素との間を通って移動または回転するように、トルク伝達デバイス上に配置される。
【0073】
特に、少なくとも２つの強磁性要素のうちの少なくとも１つは、実質的に平面または平坦であるように設計されてよく、動作状態において、トルク伝達デバイスの表面の接平面と実質的に平行に向けられてよい。少なくとも１つの平面または平坦な強磁性要素は、特にトルク伝達デバイスの凹部内に配置されてよい。少なくとも１つの平面または平坦な強磁性要素は、特にトルク伝達デバイス上に突出部を少なくとも部分的に形成してよい。
【0074】
特に、少なくとも２つの強磁性要素のうちの少なくとも１つは、部分的に円周強磁性要素として設計され、動作状態において、トルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向に沿ってトルク伝達デバイスを少なくとも部分的に取り囲んでよい。例えば、少なくとも１つの強磁性要素のうちの少なくとも１つは、実質的に円筒形シェルの形態で、および／または部分的リングとして、および／または半リングとして設計されてよい。
【0075】
特に、少なくとも１つの強磁性要素のうちの少なくとも２つは、各々、円周強磁性要素として設計され、動作状態において、トルク伝達デバイスの回転軸に関して周方向に沿ってトルク伝達デバイスを完全に取り囲んでよい。少なくとも２つの円周強磁性要素は、互いと平行に設計されてよく、少なくとも２つの平行な円周強磁性要素は、特にトルク伝達デバイスの回転軸に関して軸方向に沿って離隔されてよい。
【0076】
特に、少なくとも１つの強磁性要素は、磁気異方性を有してよい。少なくとも１つの強磁性要素の磁気異方性または好適な方向は、特に、外部静磁界中で少なくとも１つの強磁性要素をアニールすることにより生成されたものであってよい。アニールは、特に、例えば高温および／または少なくとも１つの強磁性要素および／または少なくとも１つの強磁性層の材料の融点付近での、少なくとも１つの強磁性要素の熱処理を含んでよい。
【0077】
特に、測定デバイスは、少なくとも１つの磁界要素をさらに含んでよく、少なくとも１つの磁界要素は、少なくとも１つの強磁性要素に磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすために、動作状態において磁界を生成するように構成される。ここで、少なくとも１つの磁界要素は、少なくとも１つの永久磁石および／または少なくとも１つの電磁石を有してよい。特に、少なくとも１つの磁界要素は、特に少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数の測定中に、少なくとも１つの強磁性要素の平面内における磁気異方性を生成するように構成されてよい。少なくとも１つの磁界要素により生成される磁界は、特に、最大で５０ｍＴ、好ましくは最大で１０ｍＴ、特に好ましくは最大で５ｍＴの磁束密度を有してよい。
【0078】
１つの態様は、トルク伝達デバイスのトルクを決定するための方法であって、少なくとも１つの強磁性要素をトルク伝達デバイス上に配置することと、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定することと、測定された強磁性共鳴周波数のシフトに基づいてトルク伝達デバイスのトルクを決定することとを含む方法に関する。
【0079】
方法は、特に、センサ装置の上記されている特徴の任意の組み合わせに係る特徴を含んでよい。
【0080】
特に、少なくとも１つの強磁性要素を配置することは、少なくとも１つの強磁性要素のトルク伝達デバイスへの接着、溶接、押圧、化学反応および／またはラッチ接続を含んでよい。
【0081】
特に、トルク伝達デバイスのトルクを決定することは、トルク伝達デバイスと少なくとも１つの強磁性要素との間の接続を通した機械的張力の不完全な伝達を考慮することを含んでよい。方法は、特に、トルク伝達デバイスと少なくとも１つの強磁性要素との間の接続を通した機械的張力の不完全な伝達を決定することまたは機械的張力の不完全な伝達の物理的パラメータを決定することをさらに含んでよい。物理的パラメータは、例えば、特に式（１４）に記載されるような、接続により引き起こされる少なくとも１つの強磁性要素の予張力αおよび吸収または減衰因子βを含んでよい。
【0082】
特に、方法は、少なくとも１つの強磁性層を製造することを含んでよい。特に、少なくとも１つの強磁性層は、特にスパッタ、好ましくはマグネトロン・スパッタにより、少なくとも１つの強磁性層の材料を堆積させることにより製造されてよい。
【0083】
特に、少なくとも１つの強磁性層を製造することは、少なくとも、第１の強磁性層を製造することと、第１の絶縁性非導電性分離層を第１の強磁性層上に製造することと、第２の強磁性層を第１の絶縁性非導電性分離層上に製造することとをさらに含んでよい。特に、少なくとも１つの強磁性要素の強磁性共鳴周波数を測定することは、少なくとも、第１の強磁性層の第１の強磁性共鳴周波数を測定または決定することと、第２の強磁性層の第２の強磁性共鳴周波数を測定または決定することとをさらに含んでよい。特に、トルク伝達デバイスのトルクを決定することは、少なくとも、測定された第１の強磁性共鳴周波数および／または測定された第２の強磁性共鳴周波数のシフトに基づいて、トルク伝達デバイスのトルクを決定することを含んでよい。
【0084】
特に、方法は、基板を製造することと、中間層を基板上に製造することとをさらに含んでよく、少なくとも１つの強磁性層の強磁性層が中間層上に製造され、中間層は、センサ装置の動作状態において少なくとも１つの強磁性層およびトルク伝達デバイスを磁気的に分離するように構成される。
【0085】
特に、少なくとも１つの強磁性層および／または中間層および／または基板は、トルク伝達デバイスに直接適用されてよい。
【0086】
特に、方法は、少なくとも１つの強磁性要素の磁気異方性を生成するために、外部静磁界中での少なくとも１つの強磁性要素のアニール（上記参照）をさらに含んでよい。特に、外部静磁界を指定することにより、少なくとも１つの強磁性要素の所望の磁気異方性が設定されることができる。
【0087】
さらに、２つの例示的な強磁性要素が、各々例示的な製造方法とともに説明される。
【0088】
実施例１
第１の実施例の一部として、例示的な強磁性要素および例示的な強磁性要素の例示的な製造方法が説明される。
第１の実施例の一部として、例示的な強磁性要素および例示的な強磁性要素の例示的な製造方法が説明される。
【0089】
この目的で、特に、研磨済み炭化タングステン－コバルト（ＷＣ－Ｃｏ）硬質金属基板が提供される。ここでのＷＣ－Ｃｏ基板は、１０．５重量％のコバルトを有し、１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ×０．４ｍｍ（長さ×幅×厚さ）の寸法を有する。
【0090】
シリコン酸化物中間層が、０．２Ｐａにおける純アルゴン雰囲気中での非反応性ＲＦマグネトロン・スパッタにより、ＷＣ－Ｃｏ基板に適用される。シリコン酸化物中間層は、３００Ｗの電力で６インチのＳｉＯ２スパッタリング・ターゲットを用いて適用される。結果として、厚さ約３μｍのシリコン酸化物中間層がＷＣ－Ｃｏ基板に適用され、シリコン酸化物中間層は、約１：２（Ｓｉ：Ｏ）の化学的組成を有する。この文脈において、約とは、１５％までの偏差を含むことを意味する。
【0091】
軟磁性強磁性の鉄－コバルト－ハフニウム－窒素（Ｆｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ）層が、０．２Ｐａにおけるアルゴン／窒素（Ａｒ／Ｎ２）雰囲気中での反応性ＲＦマグネトロン・スパッタにより、中間層に適用される。Ａｒ／Ｎ２の気体流量比は、１００ｓｃｃｍ／３ｓｃｃｍに保たれる。Ｆｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ層は、２５０Ｗの電力で６インチのＦｅ３７Ｃｏ４６Ｈｆ１７スパッタリング・ターゲットを用いて適用される。これにより、厚さ約２００ｎｍのＦｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ層がＷＣ－Ｃｏ基板上に適用され、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ層は、約３２：４５：１１：１２（Ｆｅ：Ｃｏ：Ｈｆ：Ｎ）の化学的組成を有する。この文脈において、約とは、各場合において約２５％までの偏差を含むことを意味する。
【0092】
シリコン中間層およびＦｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ層が適用された後、強磁性要素は、１時間にわたって５０ｍＴの静磁界中において４００℃でアニールされる（上記参照）。ここ、アニールは、ｐ＜１０－７ｍｂａｒの圧力の真空中で行われ、アニールは、強磁性層の一軸磁気異方性を生成する。
【0093】
アニールされた強磁性要素は、トルク伝達デバイスに接続され、例えばシャフトに接着されてもよい。
【0094】
実施例２
第２の実施例の一部として、さらなる例示的な強磁性要素および例示的な強磁性要素のさらなる例示的な製造方法が説明される。
第２の実施例の一部として、さらなる例示的な強磁性要素および例示的な強磁性要素のさらなる例示的な製造方法が説明される。
【0095】
この目的で、特にシリコン（Ｓｉ（１ ０ ０））基板が提供される。Ｓｉ基板は、９．９ｍｍ×９．９ｍｍ×０．４ｍｍ（長さ×幅×厚さ）の寸法を有する。Ｓｉ基板は、さらに熱酸化され、熱酸化されたシリコンの１μｍ中間層を有する。
【0096】
強磁性の鉄－コバルト－ジルコニウム－窒素（Ｆｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎ）層が、０．２Ｐａにおけるアルゴン／窒素（Ａｒ／Ｎ２）雰囲気中での反応性ＲＦマグネトロン・スパッタにより、中間層に適用される。Ａｒ／Ｎ２の気体流量比は、１００ｓｃｃｍ／３ｓｃｃｍに保たれる。Ｆｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎ層は、２５０Ｗの電力で６インチのＦｅ３７Ｃｏ４６Ｚｒ１７スパッタリング・ターゲットを用いて適用される。これにより、厚さ約７８８ｎｍのＦｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎ層が中間層上に適用され、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ層は、約４０：３７：１１：１２（Ｆｅ：Ｃｏ：Ｚｒ：Ｎ）の化学的組成を有する。この文脈において、約とは、各場合において約２５％までの偏差を含むことを意味する。
【0097】
Ｆｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎ層が適用された後、強磁性要素は、１時間にわたって５０ｍＴの静磁界中において４００℃でアニールされる。ここ、アニールは、ｐ＜１０－７ｍｂａｒの圧力の真空中で行われ、アニールは、強磁性層の一軸磁気異方性を生成する。
【0098】
アニールされた強磁性要素は、さらに、トルク伝達デバイスに接続され、例えばシャフトに接着されてよい。
【0099】
図面に示される例示的実施形態に基づいて、本発明が以下でさらに説明される。例示的実施形態は、ここでは限定的なものとして解釈されてはならない。図面は、以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】動作状態における第１の例示的なセンサ装置の斜視図である。
【図3】動作状態における第２の例示的なセンサ装置の斜視図である。
【図5】動作状態における第３の例示的なセンサ装置の断面図である。
【図7】例示的な強磁性要素の斜視断面図である。
【図8】トルク伝達デバイスおよびその上に配置される強磁性要素の留め付けの模式的表現である。
【図9】実施例２で製造される強磁性要素についての強磁性共鳴周波数の６つの測定シリーズである。
【図11】測定位置における測定要素と強磁性要素との間の距離に応じた強磁性共鳴周波数の複数の測定シリーズのグラフ表現である。
【図12】測定位置における測定要素と強磁性要素との間の測定角度に応じた強磁性共鳴周波数の複数の測定シリーズのグラフ表現である。
【図13A】強磁性共鳴周波数を決定するための例示的な実験用測定デバイス、および例示的なセンサ装置の拡大図である。
【図13B】強磁性共鳴周波数を決定するための例示的な実験用測定デバイス、および例示的なセンサ装置の拡大図である。
【図14A】実施例１で製造される強磁性要素と実施例２で製造される強磁性要素との強磁性共鳴周波数の測定シリーズの比較である。
【図14B】実施例１で製造される強磁性要素と実施例２で製造される強磁性要素との強磁性共鳴周波数の測定シリーズの比較である。
【図15】式１２を用いた式１３と、式１４を用いた式１３とに基づく、強磁性共鳴周波数の理論値の比較である。
【図16】シャフト上の例示的なセンサ装置の模式的表現である。
【図18A】例示的な強磁性要素の斜視断面図である。
【図18B】例示的な強磁性要素の斜視断面図である。
【図18C】例示的な強磁性要素の斜視断面図である。
【図18D】例示的な強磁性要素の斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0101】
図１は、動作状態における第１の例示的なセンサ装置の斜視図を示す。
【0102】
ここで、トルク伝達デバイス１は、円筒形シャフトとして設計され、トルク伝達デバイス１は、トルクを伝達するために回転軸Ａをほぼ回転させることが可能である。
【0103】
６つの強磁性要素４がトルク伝達デバイス１上に配置され、斜視図であるためにそのうち３つの強磁性要素４がトルク伝達デバイス１により隠されている。６つの強磁性要素４は、対にして配置され、対にして配置された強磁性要素４は、各々、トルク伝達デバイス１の回転軸Ａに関して反対側に配置される。強磁性要素４は、特に、互いに等距離を空けて回転軸Ａ周りの周方向に配置される。これにより、ほぼ回転軸Ａの回転運動に関するトルク伝達デバイス１における不均衡の形成が回避されることができる。
【0104】
６つの強磁性要素４は、好ましくは、各々、少なくとも１つの強磁性、特に軟磁性強磁性材料を含む。
【0105】
強磁性要素４は、各々、実質的に正方形に形成され、または強磁性要素４は、特に回転軸Ａに関して径方向に垂直なそれぞれの平面内において、実質的に正方形の断面積を有する。強磁性要素４は、各々、実質的に平坦または平面または板状であるように設計されてよい。特に、トルク伝達デバイス１は、トルク伝達デバイス１の周面上の対応する凹部を有し、１つの強磁性要素４が、対応する凹部の各々に収容される。
【0106】
トルク伝達デバイス１にトルクを印加することにより、強磁性要素４は、機械的張力またはせん断力を受ける。換言すれば、強磁性要素４は、トルク伝達デバイス１へのトルクの印加により予張力をかけられる。結果として、強磁性要素４の平面に沿った磁気異方性または異方性磁界が乱されまたは変化され、その結果、強磁性要素４の強磁性共鳴周波数がシフトされる。
【0107】
強磁性要素４の強磁性共鳴周波数のこのシフトは、測定デバイスの測定要素３により測定される。特に、測定要素３は、トルク伝達デバイス１が回転するときに、強磁性要素４が回転軸Ａと測定要素３との間を通って回転するまたは回転軸Ａの周囲を通って移動するように、トルク伝達デバイス１の上方に配置される。
【0108】
測定要素３は、特に、高周波トリプレートストリップ線路として設計されてよい。
【0109】
測定デバイスの測定要素３は、強磁性共鳴周波数における測定されたシフトまたは測定された強磁性共鳴周波数に直接基づいて、トルク伝達デバイス１に印加されたトルクを決定すること、または強磁性共鳴周波数のシフトまたは強磁性共鳴周波数についての測定されたデータを転送すること、のいずれかを行ってよい。特に、測定要素３は、接続要素５に接続されてよい。接続要素５は、特に、データおよび／または電力を伝達するように構成されてよい。さらに、制御信号が、接続要素５を通して、測定要素３または測定デバイスおよび／または磁界要素２に伝達されてよい。
【0110】
図１は、さらに磁界要素２を示し、磁界要素２は、動作状態において、特に測定要素３とトルク伝達デバイス１との間に、磁界を生成するように構成される。トルク伝達デバイス１の回転運動の間、強磁性要素４は、特に測定要素３とトルク伝達デバイス１との間の測定位置へと、次々に回転し、磁界要素２は、特に、測定位置における強磁性要素４に磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすように構成される。これにより、磁界要素２は、特にそれぞれの強磁性要素４の強磁性共鳴周波数の測定中に、特に、それぞれの強磁性要素４の平面内における磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすことができる。
【0111】
図１において、測定要素３も示すために、磁界要素２は一部のみ示されている。磁界要素２の断面図が、特に図２に示されている。ここで、磁界要素２は例示的に、電磁石として設計され、電磁石は、実質的にＵ字形の磁心および磁心上に配置されたコイルを有する。しかしながら、電磁石は、このような設計に限定されない。代替的に、磁気要素２は、例えば永久磁石として設計されてよい。
【0112】
図２は、測定要素３、磁界要素２、強磁性要素４、およびトルク伝達デバイス１を通る回転軸Ａに垂直な断平面に沿った、図１に示される例示的なセンサ装置の断面図を示す。ここで、図１に関して上記で既に述べられているような強磁性要素４の対にした配置および磁界要素２の形成が、より明確に示されている。特に、ある強磁性要素４が測定位置にあるように示されている。
【0113】
図３は、センサ装置の第２の例示的実施形態の斜視図を示す。ここで、磁界要素２、接続要素５、測定要素３および回転軸Ａを有するトルク伝達デバイス１は、同じ参照符号で識別される図１および図２の各要素に実質的に対応する。
【0114】
円周強磁性要素４が、トルク伝達デバイス１上に配置され、この要素は、完全に回転軸Ａに関して周方向に沿ってトルク伝達デバイス１を取り囲む。これにより、ほぼ回転軸Ａの回転運動に関するトルク伝達デバイス１における不均衡の形成が回避されることができる。さらに、円周強磁性要素４は、特に少なくとも１つの強磁性、特に軟磁性強磁性材料を含む。
【0115】
円周強磁性要素４は、回転軸Ａと平行な方向に沿って実質的に一定の直径を有する。特に、トルク伝達デバイス１は、トルク伝達デバイス１の周面上の対応する凹部を有してよく、円周強磁性要素４が、対応する凹部に収容される。
【0116】
トルク伝達デバイス１にトルクが印加されると、円周強磁性要素４は機械的張力を受ける。これにより、磁気異方性または異方性磁界が、回転軸Ａに関して円周上の強磁性要素４の表面に沿った円周強磁性要素４の一部分において乱されまたは変化され、それにより、円周強磁性要素４の強磁性共鳴周波数がシフトされる。
【0117】
磁界要素２は、好ましくは、動作状態において、特に測定要素３とトルク伝達デバイス１との間に、磁界を生成するように構成される。トルク伝達デバイス１の回転運動の間、円周強磁性要素４の部分は、少なくとも部分的に測定要素３とトルク伝達デバイス１との間の測定位置を通って回転し、磁界要素２は、測定位置に位置付けられた円周強磁性要素４のそれぞれの部分に磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすように構成される。これにより、磁界要素２は、特に円周強磁性要素４の強磁性共鳴周波数の測定中に、円周強磁性要素４のそれぞれの部分の磁気異方性を生成するまたはそれに影響を及ぼすことができる。
【0118】
図１と同様に、磁界要素２は、測定要素３も示すために、部分的にのみ図３に示されている。磁界要素２の断面図が、図４に示されている。ここで、磁界要素２は、例えば電磁石として設計され、電磁石は、実質的にＵ字形の磁心および磁心上に配置されたコイルを有する。しかしながら、電磁石は、このような設計に限定されない。代替的に、磁気要素２は、例えば永久磁石として設計されてよい。
【0119】
図４は、測定要素３、磁界要素２、円周強磁性要素４、およびトルク伝達デバイス１を通る回転軸Ａに垂直な断平面に沿った、図３に示される例示的なセンサ装置の断面図を示す。ここで、図３に関して上記で既に述べられているような円周強磁性要素４の円周上の配置および磁界要素２の設計が、より明確に示されている。特に、トルク伝達デバイス１のほぼ回転軸Ａの各回転運動に伴って、円周強磁性要素４の一部分が測定位置に配置されることが示されている。
【0120】
図５は、センサ装置の第３の例示的実施形態の断面図を示す。ここで、回転軸Ａを有するトルク伝達デバイス１、円周強磁性要素４および接続要素５は、図３および図４において同じ参照符号で識別される各要素に実質的に対応する。
【0121】
トルク伝達デバイス１へのトルクの印加により、円周強磁性要素４は機械的張力を受ける。結果として、磁気異方性または異方性磁界が、回転軸Ａに関して円周上の強磁性要素４の表面に沿った円周強磁性要素４の一部分において乱されまたは変化され、それにより、円周強磁性要素４の強磁性共鳴周波数がシフトされる。
【0122】
円周強磁性要素４の強磁性共鳴周波数のこのシフトは、測定デバイスの測定要素３により測定される。測定要素３は、好ましくは、トルク伝達デバイス１の回転運動のときに、円周強磁性要素４の部分が少なくとも部分的に回転軸Ａと測定要素３との間を通って回転する、または回転軸Ａの周囲を周方向に通って移動するように、トルク伝達デバイス１の上方に配置される。
【0123】
さらに、測定要素３は、円周測定要素３として設計され、少なくとも部分的に回転軸Ａに関して周方向に沿って、トルク伝達デバイス１を取り囲むように構成される。特に、円周測定要素３は、実質的に約５０％の程度まで、周方向に沿ってトルク伝達デバイス１を取り囲む。しかしながら、円周測定要素３は、約５０％に制限されず、実質的に５０％よりも小さいまたは大きい程度まで、周方向に沿ってトルク伝達デバイス１を取り囲んでもよい。さらに、円周測定要素３は、動作状態において、回転軸Ａに関しての円周測定要素３と円周強磁性要素４との間の径方向距離が実質的に一定であるように構成される。
【0124】
円周測定要素３は、例えば高周波トリプレートストリップ線路として、特に湾曲された高周波トリプレートストリップ線路として設計されてよい。
【0125】
測定デバイスの円周測定要素３は、強磁性共鳴周波数における測定されたシフトまたは測定された強磁性共鳴周波数に直接基づいて、トルク伝達デバイス１に印加されたトルクを決定すること、または強磁性共鳴周波数のシフトまたは強磁性共鳴周波数の測定されたデータを転送すること、のいずれかを行ってよい。ここで、測定要素３は、接続要素５に接続されてよい。接続要素５は、好ましくは、データおよび／または電力を伝達するように構成されてよい。さらに、制御信号が、接続要素５を通して、測定要素３または測定デバイスに伝達されてよい。
【0126】
測定要素３が円周測定要素３として設計されるため、磁界要素２によって外部磁界を生成することは難しいまたは不可能である。強磁性共鳴周波数のシフトまたは強磁性共鳴周波数は、例えば円周強磁性要素４において印加トルクにより生成される形状異方性に基づいて、円周測定要素３により測定されてよい。円周強磁性要素４は、好ましくは、回転軸Ａと平行な方向に沿って測定された場合に、小さい幅を有してよい。特に、円周強磁性要素４の幅は、回転軸Ａと平行な方向に沿って測定された場合に、円周測定要素３の幅よりも小さい値を有してよい。例えば、円周強磁性要素４の幅は、円周測定要素３の幅の値の最大で９０％、好ましくは最大で８０％、より好ましくは最大で５０％および／または少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％の値を有してよい。
【0127】
【0128】
図７は、例示的な強磁性要素４の斜視断面図を示す。強磁性要素４は、実質的に平面または平坦であるものとして示されており、この形態は限定的なものではない。代わりに、強磁性要素４は、異なる形状、例えば湾曲された形状を有してよい。
【0129】
強磁性要素４は、特に、正方形の底面を有する立方体として示されている。
【0130】
強磁性要素４は、強磁性層４Ａを有する。強磁性層４Ａは、強磁性要素４の平面内のまたはそれと平行な磁気異方性または異方性磁界を有する。ここで、強磁性要素４の平面は、少なくとも強磁性層４Ａと平行な平面である。代替的にまたは加えて、強磁性層４Ａは、磁気異方性または異方性磁界が外部磁界により強磁性要素４の平面内にまたはそれと平行に生成され得るように構成されてよい。
【0131】
強磁性層４Ａは、少なくとも１つの強磁性材料、好ましくは少なくとも１つの軟磁性強磁性材料を含む。少なくとも１つの強磁性材料は、特に、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｈｆ－Ｎ、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎ、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｔａ－Ｎ、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ、および／またはＦｅ－Ｃｏ－Ｂ－Ｓｉをベースとした材料を含んでよい。さらに、合金添加物としての高磁歪性の希土類元素（例えばＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ）は、強磁性層４Ａまたは少なくとも１つの強磁性要素４の強磁性共鳴の減衰を増大し得る。
【0132】
強磁性要素４はまた、強磁性層４Ａと基板４Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１との間に配置される中間層４Ｂを有する。中間層４Ｂは、強磁性層４Ａを基板４Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１から隔離および／または磁気的に分離するように構成される。中間層４Ｂは、好ましくは、強磁性要素４の平面に沿って強磁性層４Ａと実質的に同じ寸法またはサイズを有し、これは均一な磁気的分離を可能とする。しかしながら、中間層４Ｂは、このような寸法に限定されず、例えば、強磁性層４Ａよりも少なくとも部分的に大きい寸法を有してもよく、それにより、強磁性層４Ａの周縁に沿った磁気的エッジ効果が回避または低減されることができる。
【0133】
さらに、中間層４Ｂは、強磁性層４Ａを基板４Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１から化学的および／または物理的に隔離するように構成されてよい。これにより、例えば、強磁性層４Ａと基板４Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１との間の化学反応および／または拡散プロセスが回避または低減されることができる。さらに、中間層４Ｂは、特に、強磁性層４Ａと基板４Ｃとの間の接着促進剤として働くように構成されてよい。中間層４Ｂは、特に、Ｓｉ３Ｎ４および／またはＡｌＮおよび／または高い固有抵抗を有する層材料（例えばＴｉＮおよび／またはＴｉ－Ａｌ－Ｎおよび／またはＴａＮ）を含んでよい。
【0134】
強磁性要素４はまた、強磁性層４Ａとトルク伝達デバイス１との間、特に中間層４Ｂとトルク伝達デバイス１との間に配置される基板４Ｃを有する。上述のように、基板４Ｃは、特にキャリアプレートとして設計されてよい。基板４Ｃは、特に、ガラスまたはシリコン酸化物、シリコン、金属、プラスチックおよび／または複合材料を含んでよい。
【0135】
基板４Ｃは、その製造プロセスの間における強磁性要素４のベース層として設計されてよく、必要とされる場合には中間層４Ｂ、および／または強磁性層４Ａが、基板４Ｃに適用される。
【0136】
基板４Ｃは、さらに、強磁性層４Ａに面する側において、強磁性層４Ａと反対向きの側とは異なる化学的組成を有してよい。例えば、基板４Ｃはシリコンから形成されてよく、強磁性層４Ａに面する側はシリコン酸化物層を有する。シリコン酸化物層は、好ましくは、基板４Ｃの熱酸化により製造されてよく、シリコン酸化物層は、中間層４Ｂと同じ機能を果たしてよい。したがって、用いられる基板４Ｃによっては、別個の中間層４Ｂの使用または提供は不要とされることができる。
【0137】
図８は、トルク伝達デバイスおよびその上に配置される強磁性要素の留め付けの模式的表現を示す。特に留め付けの理論的背景がより詳細に説明されている式（１）から（１２）に関して、上記の説明が特に参照される。
【0138】
図９は、実施例２において製造される強磁性要素についての強磁性共鳴周波数の６つの測定シリーズを示し、各測定シリーズは、トルク伝達デバイスに印加される異なるトルクとともに決定される。強磁性共鳴周波数は、測定デバイスのＳ１１パラメータ・プロファイル（Ｓ１１の最小値）により、またはＳ１１データを用いて算出または評価され得る周波数依存性透磁率の虚部（ローレンツ曲線型の共鳴ピークプロファイル）により、決定されることができる。特に、強磁性参照周波数のシフトが、印加トルクが増大するにつれて引き起こされることがわかる。
【0139】
図１０は、図９に示される測定シリーズの強磁性遮断共鳴周波数のグラフ表現を示す。ここで、約２０Ｎｍの印加トルク以降、強磁性遮断共鳴周波数は、増大する印加トルクに伴って実質的に線形的に増大することがわかる。
【0140】
図１１は、測定位置における測定要素と強磁性要素との間の距離に応じた散乱パラメータＳ１１の複数の測定シリーズのグラフ表現を示す。ここで、測定される強磁性共鳴周波数の信号強度は、減少する距離に伴って増大する。
【0141】
図１２は、測定位置における測定要素と強磁性要素との間の測定角度に応じた強磁性共鳴周波数の複数の測定シリーズのグラフ表現を示す。ここで、特に、測定される強磁性共鳴の最大または最適な信号強度が、１２°から１６°の間の測定角度において実現されることがわかる。
【0142】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、強磁性共鳴周波数を決定するための例示的な実験用測定デバイスと、例示的なセンサ装置の拡大図とを示す。例示的なセンサ装置を有するトルク伝達デバイス１またはシャフトは、締め付けジョーによってシャフトの一端に固定され、一方でシャフトの他端はエンドピースに回転可能に支持される。レバーによってトルクがシャフトに印加され、印加されたトルクにより、強磁性要素４が留め付けられる。測定要素３、この場合には高周波トリプレートストリップ線路（図１３Ｂ参照）は、ＶＮＡ（ベクトル・ネットワーク・アナライザ）を利用して、強磁性共鳴周波数または強磁性共鳴周波数のシフトを測定または決定するために用いられる。図１３Ｂに示される測定要素３は、特に５０ＭＨｚから５ＧＨｚまでの周波数範囲において用いられてよい。測定要素３、例えば図１３Ｂに示される高周波トリプレートストリップ線路の幾何学的寸法は、特にそのインピーダンスに依存する。それは、図１３Ｂの高周波トリプレートストリップ線路については特に５０オームに設定された。この結果、高周波トリプレートストリップ線路の接地プレートと信号線との間の距離が０．７ｍｍとなり、高周波トリプレートストリップ線路の長さが１０ｍｍとなる。
【0143】
図１４は、強磁性共鳴周波数の測定シリーズの比較を示す。図１４Ａにおいて、実施例１のように製造された強磁性要素の、０Ｎｍ、２０Ｎｍ、４０Ｎｍ、６０Ｎｍ、８０Ｎｍ、および１００Ｎｍの印加トルクによる測定シリーズが示されている。図１４Ｂにおいて、実施例２のように製造された強磁性要素の、０Ｎｍ、２０Ｎｍ、４０Ｎｍ、６０Ｎｍ、８０Ｎｍ、および１００Ｎｍの印加トルクによる測定シリーズが示されている。実施例２において製造される強磁性要素の測定シリーズは、図１４Ａに示される測定シリーズと比較して、著しくより平滑であり、またはより良好な信号対雑音比を有し、かつ増大された信号強度を呈する。これは、特に、実施例２において製造される強磁性要素のより大きな厚さと、したがってそのより大きな磁気的体積とに起因する。
【0144】
図１５は、式１２による式１３（強磁性要素とトルク伝達デバイスとの間の接続を通したトルクの不完全な伝達を考慮しない強磁性共鳴周波数）と、式１４による式１３（強磁性要素とトルク伝達デバイスとの間の接続を通したトルクの不完全な伝達を考慮した強磁性共鳴周波数）とに基づく、強磁性共鳴周波数の理論値の比較を示す。実施例１および２において製造される強磁性要素の強磁性共鳴周波数の測定値の比較は、式（１４）による式（１３）に係る理論的な強磁性共鳴周波数が、式（１２）による式（１３）に係る理論的な強磁性共鳴周波数よりも良好に測定値を反映していることを示す。
【0145】
図１６は、シャフト上の例示的なセンサ装置の模式的表現を示す。図１６は、特にシャフトの回転軸Ａと直線的に平行に配置された複数の強磁性要素４を示す。ここで、強磁性要素４は、互いに同じまたは異なる距離を空けて配置されてよい。これにより、例えば、センサ装置が、複数の強磁性要素４に対する強磁性共鳴周波数の測定を可能とするために、シャフトに沿って移動されることができる。特に、これにより複数のセンサ装置が、複数の強磁性要素４における強磁性共鳴周波数を決定または測定するために、追加的にまたは代替的にシャフト上に配置されることができる。これにより、例えば、測定値を比較することにより、決定されるトルクの信頼性が増大されることができ、および／または、不良な可能性のある強磁性要素４および／または不良な可能性のある測定要素３が決定および／または特定されることができる。
【0146】
【0147】
図１８Ａは、例示的な強磁性要素４０の斜視断面図を示す。強磁性要素４０は、実質的に平面または平坦であるものとして模式的に示されており、この形態は限定的なものではない。代わりに、強磁性要素４０は、異なる形状、例えば湾曲された形状を有してよい。
【0148】
ここで、強磁性要素４０は特に、図１８Ａにおいて要素４０Ａとしてまとめて示され、図１８Ｂ～図１８Ｄにおいてさらに説明される２つ以上の強磁性層を有する。２つ以上の強磁性層は、各々、強磁性要素４０の平面内のまたはそれと平行な磁気異方性または異方性磁界を有してよい。ここで、強磁性要素４０の平面は、少なくとも２つ以上の強磁性層と平行な平面である。代替的にまたは加えて、２つ以上の強磁性層は、磁気異方性または異方性磁界が外部磁界により強磁性要素４０の平面内にまたはそれと平行に生成され得るように構成されてよい。
【0149】
強磁性要素４０はさらに、２つ以上の強磁性層と基板４０Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１との間に配置される中間層４０Ｂを有してよい。中間層４０Ｂは、２つ以上の強磁性層４０Ａを基板４０Ｃおよび／またはトルク伝達デバイス１から隔離および／または磁気的に分離するように構成される。中間層４０Ｂは、特に、中間層４Ｂの特徴の任意の組み合わせを有してよい。しかしながら中間層４０Ｂは、中間層４Ｂと同様に、任意選択的なものであり、好ましくは、例えば２つ以上の強磁性層と磁気的に相互作用することができないトルク伝達デバイス１においては、設けられなくてよい。
【0150】
強磁性要素４０はまた、２つ以上の強磁性層とトルク伝達デバイス１との間、特に中間層４０Ｂとトルク伝達デバイス１との間に配置される基板４０Ｃを有する。この場合、基板４０Ｃは、特に、基板４Ｃの特徴の任意の組み合わせを有してよい。
【0151】
図１８Ｂは、２つの強磁性層４１、４２を含む強磁性要素４０の例示的要素４０Ａの斜視断面図を示す。
【0152】
ここで、要素４０Ａは、特に少なくとも第１の強磁性層４１を有する。第１の強磁性層４１は、特に、少なくとも第１の強磁性材料から形成されてよい。要素４０Ａはまた、特に少なくとも１つの第２の強磁性層４２を有する。第２の強磁性層４２は、特に、少なくとも１つの第２の強磁性材料から形成されてよい。
【0153】
さらに、第１の強磁性層４１は、少なくとも１つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔにより第２の強磁性層４２から分離される。絶縁性非導電性分離層４０Ｔは、特に、第１の強磁性層４１および第２の強磁性層４２を磁気的に分離する、または第１の強磁性層４１と第２の強磁性層４２との間の磁気的相互作用を防止または低減するように設計される。特に、よって、第１の強磁性層４１は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層４２は第２の強磁性共鳴周波数を有し、これは少なくとも１つの測定要素３により測定または決定されてよい。
【0154】
図１８Ｃは、３つの強磁性層４１、４２、４３を含む強磁性要素４０のさらなる例示的要素４０Ａの斜視断面図を示す。
【0155】
特に、要素４０Ａは、少なくとも第１の強磁性層４１、第２の強磁性層４２、および第３の強磁性層４３、ならびに少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔを有する。ここで、特に少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔのうちの第１のものは、第１の強磁性層４１と第２の強磁性層４２との間に配置される。さらに、特に少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔのうちの第２のものは、第２の強磁性層４２と第３の強磁性層４３との間に配置される。特に、第２の強磁性層４２は、第１の強磁性層４１と第３の強磁性層４３との間に配置される。しかしながら２つ以上、この場合は３つの強磁性層のこのような順序は、限定的なものとして見なされるべきではない。代わりに、２つ以上の強磁性層の任意の順序が提供されてよく、例えば２つ以上の強磁性層のそれぞれの材料に基づいて、提供されてよい。
【0156】
第１の強磁性層４１は、特に、少なくとも第１の強磁性材料から形成される。第２の強磁性層４２は、特に、少なくとも１つの第２の強磁性材料から形成される。結果として、第１の強磁性層４１は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層４２は第２の強磁性共鳴周波数を有する。
【0157】
特に、第３の強磁性層４３は、多層として設計される。ここで、多層は、第１の強磁性材料から製造された少なくとも第１のサブ層４１Ａと、第２の強磁性材料から製造された少なくとも第２のサブ層４２Ａとを含み、これらは互いの上に直接適用または配置される。ここで、さらなる絶縁性非導電性分離層４０Ｔが第１のサブ層４１Ａと第２のサブ層４２Ａとの間に配置されず、その結果、第１のサブ層４１Ａおよび第２のサブ層４２Ａが互いに磁気的に分離されず、または第１のサブ層４１Ａと第２のサブ層４２Ａとの間の磁気的相互作用が可能である。結果として、多層は、第１の強磁性層４１の第１の強磁性共鳴周波数と第２の強磁性層４２の第２の強磁性共鳴周波数との間の第３の強磁性共鳴周波数を有する。
【0158】
少なくとも２つのサブ層４１Ａ、４２Ａの順序は、ここでは単に例として示されている。特に、少なくとも２つのサブ層４１Ａ、４２Ａの任意の順序が、例えば第１の強磁性層４１および第２の強磁性層４２を考慮して、自由に選ばれてよい。さらに、多層は、例えば２つ以上のサブ層、特に２つよりも多くのサブ層を有してよい。
【0159】
特に、第１の強磁性層４１は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層４２は第２の強磁性共鳴周波数を有し、第３の強磁性層４３は第３の強磁性共鳴周波数を有し、これは少なくとも１つの測定要素３により測定または決定されることができる。
【0160】
図１８Ｄは、３つの強磁性層４１、４２、４３を含む強磁性要素４０のさらなる例示的要素４０Ａの斜視断面図を示す。
【0161】
特に、要素４０Ａは、少なくとも第１の強磁性層４１、第２の強磁性層４２、および第３の強磁性層４３、ならびに少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔを有する。ここで、特に、少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔのうちの第１のものは、第１の強磁性層４１と第２の強磁性層４２との間に配置される。さらに、特に少なくとも２つの絶縁性非導電性分離層４０Ｔのうちの第２のものは、第２の強磁性層４２と第３の強磁性層４３との間に配置される。特に、第２の強磁性層４２は、第１の強磁性層４１と第３の強磁性層４３との間に配置される。
【0162】
ここで、第１の強磁性層４１は、特に、少なくとも第１の強磁性材料から形成される。第２の強磁性層４２は、特に、少なくとも１つの第２の強磁性材料から形成される。第３の強磁性層４３は、特に、少なくとも１つの第３の強磁性材料から形成される。特に、第１の強磁性層４１は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層４２は第２の強磁性共鳴周波数を有し、第３の強磁性層４３は第３の強磁性共鳴周波数を有し、これは少なくとも１つの測定要素３により測定または決定されることができる。
【0163】
説明および図面において議論され示されている例示的実施形態は、限定的なものとして解釈されるべきではない。代わりに、センサ装置および／または方法は、説明において言及され図面に示されている特徴の任意の組み合わせを有してよい。
【符号の説明】
【0164】
１ トルク伝達デバイス
２ 磁界要素
３ 測定要素
４ 強磁性要素
４Ａ 強磁性層
４０Ａ 要素
４１ 第１の強磁性層
４２ 第２の強磁性層
４３ 第３の強磁性層
４Ｂ、４０Ｂ 中間層
４Ｃ、４０Ｃ 基板
４０Ｔ 絶縁性非導電性分離層
４１Ａ、４２Ａ サブ層
５ 接続要素
Ａ トルク伝達デバイスの回転軸
２ 磁界要素
３ 測定要素
４ 強磁性要素
４Ａ 強磁性層
４０Ａ 要素
４１ 第１の強磁性層
４２ 第２の強磁性層
４３ 第３の強磁性層
４Ｂ、４０Ｂ 中間層
４Ｃ、４０Ｃ 基板
４０Ｔ 絶縁性非導電性分離層
４１Ａ、４２Ａ サブ層
５ 接続要素
Ａ トルク伝達デバイスの回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【国際調査報告】