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特表2023-547644拡張された干渉場補償機能を備える磁気弾性トルクセンサ
(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】2023-11-13
(54)【発明の名称】拡張された干渉場補償機能を備える磁気弾性トルクセンサ
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20231106BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 301J
G01L3/10 301M
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023526002
(86)(22)【出願日】2021-10-25
(85)【翻訳文提出日】2023-04-27
(86)【国際出願番号】 EP2021079461
(87)【国際公開番号】W WO2022090117
(87)【国際公開日】2022-05-05
(31)【優先権主張番号】102020213669.6
(32)【優先日】2020-10-30
(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】591245473
【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】ブライトフェルト，アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】オスマン，クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】シャッツ，フランク
(72)【発明者】
【氏名】ツェゴビッツ，ミヒャエル
(72)【発明者】
【氏名】シックル，スベン
(57)【要約】
本発明は、解析ユニット（６）および少なくとも３つの磁場センサを備える磁気弾性トルクセンサ（１０）に関する。解析ユニット（６）は、磁気弾性トルクセンサ（１０）の第１の磁場センサ（１）の少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサ（２）の少なくとも１つの測定信号、および第３の磁場センサ（３）の少なくとも１つの第３の測定信号を検出し、シャフト（５）に加えられているトルクを、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および軸方向（１１１）における第２の磁場センサ（２）と第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）と軸方向（１１１）における第１の磁場センサ（１）と第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）との比によって測定するように設計されている。さらに、本発明は、そのような磁気弾性トルクセンサ（１０）を使用してトルクを測定するための方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気弾性トルクセンサ（１０）であって、少なくとも１つの磁化領域を有するシャフト（５）であって、軸方向（１１１）および径方向（１１２）を有するシャフト（５）と、
それぞれが少なくとも１つの測定軸を有し、前記少なくとも１つの測定軸の方向における磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されている少なくとも３つの磁場センサと、
解析ユニット（６）と
を備え、
前記少なくとも３つの磁場センサは、第１の磁場センサ（１）、第２の磁場センサ（２）、および第３の磁場センサ（３）を含み、前記第２の磁場センサ（２）が、前記軸方向（１１１）で前記第１の磁場センサ（１）と前記第３の磁場センサ（３）との間に配置されており、
前記少なくとも３つの磁場センサのうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）に対して、前記磁場センサが前記それぞれの少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されているように配置されており、前記磁場が、前記シャフト（５）へのトルク印加時に、前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生可能であり、
前記解析ユニット（６）は、前記第１の磁場センサ（１）の少なくとも１つの測定信号、前記第２の磁場センサ（２）の少なくとも１つの測定信号、および前記第３の磁場センサ（３）の少なくとも１つの測定信号を検出し、前記シャフト（５）に加えられているトルクを、前記第１の磁場センサ（１）の前記少なくとも１つの測定信号、前記第２の磁場センサ（２）の前記少なくとも１つの測定信号、前記第３の磁場センサ（３）の前記少なくとも１つの測定信号、および軸方向（１１１）における前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）と前記軸方向（１１１）における前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）との比に基づいて測定するように設計されている、
磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項2】
前記第１の磁場センサ（１）の前記少なくとも１つの測定軸および／もしくは前記第２の磁場センサ（２）の前記少なくとも１つの測定軸および／もしくは前記第３の磁場センサ（３）の前記少なくとも１つの測定軸は、それぞれ、前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）に平行な測定軸を含み、前記第１の磁場センサ（１）の前記少なくとも１つの測定信号が、前記第１の磁場センサ（１）の位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分に対応する第１の測定信号を含み、および／または、前記第２の磁場センサ（２）の前記少なくとも１つの測定信号が、前記第２の磁場センサ（２）の位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分に対応する第２の測定信号を含み、および／または、前記第３の磁場センサ（３）の前記少なくとも１つの測定信号が、前記第３の磁場センサ（３）の位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分に対応する第３の測定信号を含み、あるいは、前記第１の磁場センサ（１）の前記少なくとも１つの測定軸および／もしくは前記第２の磁場センサ（２）の前記少なくとも１つの測定軸および／もしくは前記第３の磁場センサの前記少なくとも１つの測定軸（３）は、それぞれ、互いに直交するように向けられた２つまたは３つの測定軸を含み、前記第１の磁場センサ（１）の前記少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み、および／または、前記第２の磁場センサ（２）の前記少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み、および／または、前記第３の磁場センサ（３）の前記少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み、それぞれの磁場センサの前記２つまたは３つの測定信号から、前記磁場センサのそれぞれの位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分を測定可能である、
請求項１に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項3】
前記解析ユニット（６）は、前記シャフト（５）に加えられている前記トルクを測定するために、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）の感度をさらに使用するように設計されている、請求項１に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項4】
前記解析ユニットは、前記シャフト（５）に加えられている前記トルクを【数1】
Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、前記第１の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、前記第２の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、前記第３の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）であり、
ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）であり、
Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）の感度である、
請求項３に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項5】
前記解析ユニット（６）は、前記シャフト（５）に加えられている前記トルクを【数2】
Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、前記第１の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、前記第２の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、前記第３の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）であり、
ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）であり、
Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）の感度であり、
ｋは、重み係数である、
請求項３に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項6】
前記第１の磁場センサ（１）、前記第２の磁場センサ（２）、および前記第３の磁場センサ（３）は、互いに対して、および前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）に対して、【数3】
前記第１の磁場センサ（１）、前記第２の磁場センサ（２）、および前記第３の磁場センサ（３）が、互いに対して、および前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）に対して、
【数4】
ＮＳＥ１は、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）によって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第１の磁場センサ（１）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分であり、
ＮＳＥ２は、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）によって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第２の磁場センサ（２）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分であり、
ＮＳＥ３は、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）によって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第３の磁場センサ（３）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項7】
前記軸方向（１１１）における前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の前記距離（１２）と、前記軸方向（１１１）における前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の前記距離（２３）との和が、４ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である、請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項8】
前記少なくとも３つの磁場センサは、前記第１の磁場センサ（１）、前記第２の磁場センサ（２）、前記第３の磁場センサ（３）、および第４の磁場センサ（４）を含み、前記第３の磁場センサ（３）が、前記軸方向（１１１）で前記第２の磁場センサ（２）と前記第４の磁場センサ（４）との間に配置されており、前記解析ユニット（６）が、前記第４の磁場センサ（４）の少なくとも１つの測定信号を検出し、前記シャフト（５）に加えられているトルクを測定するために、さらに、前記第４の磁場センサ（４）の前記少なくとも１つの測定信号、および前記軸方向（１１１）における前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）と前記軸方向（１１１）における前記第３の磁場センサ（３）と前記第４の磁場センサ（４）との間の距離（３４）との比をさらに使用するように設計されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項9】
前記第４の磁場センサ（４）の前記少なくとも１つの測定軸が、前記シャフトの前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）に平行な測定軸を含み、前記第４の磁場センサ（４）の前記少なくとも１つの測定信号が、前記第４の磁場センサ（４）の位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分に対応する第４の測定信号を含み、または前記第４の磁場センサ（４）の前記少なくとも１つの測定軸が、互いに直交するように向けられた２つまたは３つの測定軸を含み、前記第４の磁場センサ（４）の前記少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み、前記２つまたは３つの測定信号から、前記第４の磁場センサ（４）の位置での前記シャフト（５）の前記軸方向（１１１）または前記径方向（１１２）における前記磁場の前記磁束密度の成分を測定可能である、
請求項８に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項10】
前記解析ユニット（６）が、前記シャフト（５）に加えられている前記トルクを【数5】
Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、前記第１の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、前記第２の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、前記第３の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ＢＳＥ４は、単位「μＴ」を有する、前記第４の磁場センサの位置での前記軸方向または前記径方向における前記磁場の前記磁束密度の成分であり、
ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）であり、
ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）であり、
ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、前記第３の磁場センサ（３）と前記第４の磁場センサ（４）との間の距離（３４）であり、
Ｓ１４は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）の感度であり、
ｋは、重み係数である、
請求項８または９に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項11】
前記第１の磁場センサ（１）、前記第２の磁場センサ（２）、前記第３の磁場センサ（３）、および前記第４の磁場センサ（４）が、互いに対して、および前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）に対して、【数6】
前記第１の磁場センサ（１）、前記第２の磁場センサ（２）、前記第３の磁場センサ（３）、および前記第４の磁場センサ（４）が、互いに対して、および前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）に対して、
【数7】
ＮＳＥ１は、前記磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第１の磁場センサ（１）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分であり、
ＮＳＥ２は、前記磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第２の磁場センサ（２）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分であり、
ＮＳＥ３は、前記磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第３の磁場センサ（３）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分であり、
ＮＳＥ４は、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）によって測定可能な最大トルクを前記シャフト（５）に印加することにより前記第４の磁場センサ（４）の位置で前記少なくとも１つの磁化領域（５１；５２）によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する前記磁束密度の所定の成分である、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項12】
前記軸方向（１１１）における前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の前記距離（１２）と、前記軸方向（１１１）における前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の前記距離（２３）と、第３の磁場センサ（３）と第４の磁場センサ（４）との間の距離（３４）の和が、６ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である、請求項１０または１１に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項13】
前記シャフト（５）がただ１つの磁化領域（５１）を有し、前記少なくとも３つの磁場センサが前記磁化領域（５１）に割り当てられている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項14】
前記シャフト（５）が、第１の磁化領域（５１）および第２の磁化領域（５２）のみを有し、前記第１の磁化領域（５１）と第２の磁化領域（５２）とが反対の磁化を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項15】
前記第１の磁場センサ（１）および前記第２の磁場センサ（２）が前記第１の磁化領域（５１）に、前記第３の磁場センサ（３）が前記第２の磁化領域（５２）に割り当てられている、または前記第１の磁場センサ（１）および前記第２の磁場センサ（２）が前記第１の磁化領域（５１）に、前記第３の磁場センサ（３）および前記第４の磁場センサ（４）が前記第２の磁化領域（５２）に割り当てられている、
請求項１４に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）を含む車両（１００）であって、特に電気的におよび／または力の作用で駆動可能であり、クランク駆動装置（１０２）を有し、前記磁気弾性トルクセンサ（１０）が前記クランク駆動装置（１０２）に配置されている、車両（１００）。
【請求項17】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁気弾性トルクセンサ（１０）を使用してトルクを測定するための方法であって、前記第１の磁場センサ（１）の少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、
前記第２の磁場センサ（２）の少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、
前記第３の磁場センサ（３）の少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、
前記第１の測定信号、前記第２の測定信号、前記第３の測定信号、および、前記軸方向（１１１）における前記第２の磁場センサ（２）と前記第３の磁場センサ（３）との間の距離（２３）と前記軸方向（１１１）における前記第１の磁場センサ（１）と前記第２の磁場センサ（２）との間の距離（１２）との比に基づいて、前記シャフト（５）に加えられているトルクを測定するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気弾性トルクセンサ、および磁気弾性トルクセンサを有する車両、特に電気的におよび／または力の作用によって駆動可能な車両に関する。さらに、本発明は、磁気弾性トルクセンサを使用してトルクを測定するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
部分的に磁化されたシャフトを備える磁気弾性トルクセンサは、従来より知られている。シャフトへのトルク負荷時に、シャフトの外側の領域に磁場が発生し、この磁場は、各点でシャフトに加えられているトルクに比例し、トルクセンサの磁場センサによって測定することができる。したがって、磁場の測定により、トルクの測定が可能になる。しかし、理想的なトルク測定は、トルクによって発生したものでない別の磁場が存在しないときにのみ可能である。これに関しては、従来技術では、それぞれ均一な干渉磁場を補償するための２つの磁化領域を有するシャフト、または線形の干渉磁場を補償するための３つの磁化領域を有するシャフトを備えた磁気弾性トルクセンサが公知である。
【発明の概要】
【0003】
本発明による磁気弾性トルクセンサは、干渉場を補償する磁束またはトルクの測定を省スペースで可能にするという利点を有する。これは、少なくとも３つの磁場センサを有する磁気弾性トルクセンサにおいて、距離、特に磁場センサの距離比が磁束またはトルク測定に導入されることによって達成される。磁場センサどうしの距離と、磁場センサの測定信号の対応する重み付けまたはスケーリングとを考慮することにより、トルクの計算時に均一な干渉場および線形の干渉場勾配が除去されるように測定信号を互いに組み合わせることができる。このために、磁気弾性トルクセンサは、少なくとも１つの磁化領域を有するシャフトであって、軸方向および径方向を有するシャフトと、それぞれが少なくとも１つの測定軸を有し、少なくとも１つの測定軸の方向における磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されている、少なくとも３つの磁場センサと、解析ユニットとを含む。少なくとも３つの磁場センサは、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサを含む。ここで、第２の磁場センサは、軸方向で第１の磁場センサと第３の磁場センサとの間に配置されている。少なくとも３つの磁場センサのうちの少なくとも１つの磁場センサは、少なくとも１つの磁化領域に対して、磁場センサがそれぞれの少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されているように配置されており、磁場は、シャフトへのトルク印加時に、少なくとも１つの磁化領域によって発生可能である。解析ユニットは、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出し、シャフトに加えられているトルクを、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、少なくとも１つの第３の測定信号、および軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離との比に基づいて測定するように設計されている。本願で提案される磁気弾性トルクセンサによって、特にトルクの測定時の上述した距離比の考慮によって、少なくとも３つの磁場センサの測定信号を、特に均一な干渉場および線形の干渉場勾配を軸方向で補償することができるように計算され得る。したがって、軸方向で均一な干渉場成分がなく線形の干渉場勾配もない、ほぼ干渉場を補正されたトルクの計算が達成される。さらに有利には、本発明では、均一な干渉場および線形の干渉場勾配を除去／補償するために、トルクの計算時に近似を行う必要がない。近似が必要ないので、トルクの正確な測定が実現され得る。本発明の本質的な利点は、１つのみ磁化領域または２つのみの磁化領域を有するシャフトを備える磁気弾性トルクセンサによって、干渉場の除去／補償をすでに実現可能であることである。磁化領域は、安定して再現可能に磁化することができるように最小幅を有さなければならず、ある磁化領域から別の磁化領域への移行が突然起こることは決してないので、１つの追加の磁化領域または２つの追加の磁化領域をなくすことで、軸方向における磁気弾性トルクセンサの設置サイズの大幅な縮小がもたらされる。本願で提案される磁気弾性トルクセンサのさらなる利点は、均一な干渉場と線形の干渉場勾配を軸方向で計算して監視することができることである。さらに、少なくとも４つのセンサの使用は、軸方向の特定の非線形の干渉場勾配を除去する、またはそれらによって引き起こされる誤差を低減するさらなる利点を提供する。
【0004】
従属クレームは、本発明の好ましい発展形態を示す。
【0005】
好ましくは、少なくとも３つの磁場センサのうちの少なくとも２つの磁場センサ、特に少なくとも３つの磁場センサは、少なくとも１つの磁化領域に対して、少なくとも２つの磁場センサ、特に少なくとも３つの磁場センサがそれぞれ、それぞれの少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されているように配置されており、磁場は、シャフトへのトルク印加時に、少なくとも１つの磁化領域によって発生可能である。
【0006】
シャフトは、特に中空シャフトとして構成されていてもよい。
【0007】
シャフトのトルク負荷時にシャフトの少なくとも１つの磁化領域によって発生可能な磁場の磁束密度は、各点で、シャフトに加わるトルクに比例する。本発明において、この磁場は有効磁場とも呼ばれ得る。
【0008】
シャフトまたは磁気弾性磁場センサの周囲に干渉磁場がある場合、その磁束密度が少なくとも３つの磁場センサによって検出可能である磁場は、シャフトのトルク負荷時に少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場（有効磁場）と、干渉磁場とを含む。ここで、それぞれの磁場センサからの測定信号は、シャフトに加えられているトルクに比例する有効磁場の磁束密度と、それぞれの磁場センサの位置での重畳された干渉磁場の磁束密度とを含む。シャフトまたは磁気弾性磁場センサの周囲に干渉磁場がない場合、シャフトへのトルク印加時のそれぞれの磁場センサの測定信号は、それぞれの磁場センサの位置で発生した有効磁場の磁束密度のみを含み、これはトルクに比例する。
【0009】
特に、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号は、オフセット補正された測定信号である。オフセット補正は、有利には、トルクがなく干渉場もない状態で行われる。
【0010】
上述した（トルク計算の）干渉場補償特性は、シャフトに対する少なくとも３つの磁場センサの全体／アセンブリの初期位置決め公差の影響を受けず、したがって、シャフトの少なくとも１つの磁化領域の初期磁化公差の影響も全く受けない。この理由は本発明に依拠する。これにより、すべてのセンサが任意の（したがって異なる）（しかしトルクに比例する）有効磁場を見ることができ、目的を達成するために２つのセンサが同じ有効磁場を見る必要はない。
【0011】
本発明において、磁気弾性トルクセンサは、磁気弾性トルクセンサ構成とも呼ばれ得ることに留意されたい。それに対応して、本発明において、磁場センサは、磁場センサ要素とも呼ばれ得る。
【0012】
本発明において、シャフトは、特に磁気弾性シャフトとも呼ばれ得る。「磁気弾性」とは、シャフトへの機械的負荷によるシャフトの機械的応力の発生が、その磁化の変化をもたらすことを意味する。言い換えると、磁気弾性トルクセンサは、逆磁歪効果に基づく。
【0013】
シャフトが軸方向を有するという表現は、特に、シャフトが軸方向に延びていることを意味する。
【0014】
磁気弾性トルクセンサは、好ましくはユニットとして構成または製造されていてもよく、トルクセンサのすべての構成要素、すなわち磁場センサ、シャフト、および解析ユニットが単一のハウジングに配置されている。代替として、少なくとも３つの磁場センサ、少なくとも１つの磁化領域を有するシャフト（磁気弾性シャフト）、および上述した解析ユニットが、これらの構成要素は単一のハウジングに導入されることなく、本発明による磁気弾性トルクセンサとして機能するように互いに組み合わせられ得る。
【0015】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定軸および／もしくは第２の磁場センサの少なくとも１つの測定軸および／もしくは第３の磁場センサの少なくとも１つの測定軸はそれぞれ、シャフトの軸方向または径方向に平行な測定軸を含み得る。ここで、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号は、第１の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分に対応する第１の測定信号を含み、および／または、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号は、第２の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分に対応する第２の測定信号を含み、および／または、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号は、第３の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分に対応する第３の測定信号を含み得る。
【0016】
本発明の代替形態によれば、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定軸および／もしくは第２の磁場センサの少なくとも１つの測定軸および／もしくは第３の磁場センサの少なくとも１つの測定軸がそれぞれ、互いに直交するように向けられた２つまたは３つの測定軸を含み得る。ここで、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を、および／または第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を、および／または第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み得、それぞれの磁場センサの２つまたは３つの測定信号から、磁場センサのそれぞれの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分を測定可能であり得る。磁場センサのそれぞれの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分の測定は、好ましくは、解析ユニットによって行うことができる。
【0017】
特に、少なくとも３つの磁場センサは、好ましくはそれぞれ単軸または多軸、特に３軸でよく、少なくとも３つの磁場センサは、有利には軸方向に平行な直線上に位置づけられており、それぞれの磁場センサの少なくとも１つの測定軸が軸方向と揃えられている。代替として、それぞれの磁場センサの少なくとも１つの測定軸が径方向と揃えられている。代替として、それぞれの磁場センサの２つの測定軸が互いに直交し、および径方向に直交するように揃えられており、したがって、それらの測定軸からそれぞれ、軸方向における磁場の磁束密度の成分を測定可能である。代替として、それぞれの磁場センサの３つの測定軸が互いに直交するように揃えられており、したがって、それらの測定軸からそれぞれ、軸方向および／または径方向における磁場の磁束密度の成分を測定可能であり、それぞれの磁場センサの向きは自由に選択可能である。均一な干渉場と線形の干渉場勾配の除去には、単軸の磁場センサで十分であることに留意されたい。単軸の磁場センサの使用を可能にすることにより、磁気弾性トルクセンサをより低い全体コストで実現可能である。例えば、磁場センサは、非常に安価なフラックスゲートコイルとして構成されていてもよい。より多くの情報の送達という利点を有する多軸磁場センサの使用により、磁気弾性トルクセンサの補完的な監視機能が可能になる。好ましくは、解析ユニットは、シャフトに加えられているトルクを測定するために、磁気弾性トルクセンサの感度をさらに使用するように設計されている。言い換えると、解析ユニットは、シャフトに加えられているトルクを、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離との比、および磁気弾性トルクセンサの感度に基づいて測定するように設計されている。磁気弾性トルクセンサの感度または感受性は、入力変数、すなわち磁束密度の値の変化に対する、それにより引き起こされる出力変数、すなわちトルクの値の変化を意味する。本発明において、磁気弾性トルクセンサの感度は、特に全感度とも呼ばれ得る。
【0018】
好ましくは、解析ユニットは、シャフトに加えられているトルクを次の式によって測定するように設計されている。
【0019】
【数1】
【0020】
この式において、
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度である。
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度である。
【0021】
提案された式（１）と、特にそこに含まれる差分計算とにより、均一な干渉場と線形の干渉場勾配が除され得、それにより、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサの測定信号に基づいて、トルクの正確な測定が可能となる。
【0022】
本発明のさらなる好ましい形態によれば、解析ユニットは、シャフトに加えられているトルクを次の式によって測定するように設定されている。
【0023】
【数2】
【0024】
この式において、
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度であり、
・ｋは、所定の重み係数であり、これにより、非線形の干渉場成分が存在するとき、シャフトまたは磁気弾性トルクセンサの周囲で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることにより、トルクの測定時に非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差が低減され得る。
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度であり、
・ｋは、所定の重み係数であり、これにより、非線形の干渉場成分が存在するとき、シャフトまたは磁気弾性トルクセンサの周囲で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることにより、トルクの測定時に非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差が低減され得る。
【0025】
言い換えると、提案された式（２）によるトルク測定に、距離比ｄ２３／ｄ１２の重み係数「ｋ」を導入することによって、干渉場がシャフトまたは磁気弾性トルクセンサの周囲に非線形成分を有する場合に、非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差が低減され得る。これは、磁気弾性トルクセンサの領域で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成される目的用途において特に当てはまる。それに対し、干渉場勾配の生成に変化が生じ得るので非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されるという仮定が当てはまらない場所および環境変化用途では、トルク計算時に引き起こされる誤差は式（１）に対してより大きくなり得、したがって、そのような用途では式（２）により最大可能誤差をさらに減少させることができる。重み係数ｋは、用途に応じた選択または事前に定めることがなされてもよい。
【0026】
ここで、平均二乗誤差（ＭＳＥ）の（重み付き）最小化のための数学的な最適化アプローチであるｄＭＳＥ（ｋ）／ｄｋ＝０により、重み係数ｋの微調整が実現可能である。したがって、例えば、「０Ｎｍ」ポイントは、様々な干渉の影響を伴うシナリオの特定の選択に関して、最小誤差が最適化され得、または１つの干渉場シナリオのみが最適化され得る。
【0027】
磁気弾性トルクセンサの領域に、均一な干渉場および／または線形成分を有する干渉場および／または無視できる非線形の干渉場成分のみが存在するとき、またはそのような干渉場のみが使用時に予想されているとき、磁気弾性トルクセンサのシャフトに作用するトルクの測定のために、非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることが保証され得ない場所および環境変化用途での使用の場合と同様に、式（１）と（２）の間で式（１）を優先すべきである。
【0028】
しかし、式（１）において、非線形成分を有する干渉場がシャフトの周囲に存在する場合でも、シャフトに作用するトルクが十分な精度で測定され得ることに留意されたい。式（１）での利点は、適用用途や動作環境に関係なく、線形の干渉場成分が完全に補償されることである。一般に、非線形成分は均一な成分や線形成分に比べて小さいので、非線形成分によって式（１）で生じる誤差は、すでにトルクが十分な／高い精度で測定され得るほど小さい。
【0029】
特に式（２）は、式（１）とは異なり、ある干渉場シナリオをできるだけ完全に補償すること（均一で線形な成分）を目的としておらず、１つまたはいくつかの同様の干渉場シナリオに対する最適化を可能にし、非線形成分も一部補償されるので式（１）よりも良好に補償することができる。ここで、最適化されたシナリオ以外の干渉場シナリオは、式（１）の場合よりも大きな誤差をもたらす。また、非線形成分を「含まない」すべての干渉場シナリオは、式（１）によって誤差なしで有利に補償され得る。
【0030】
車両、特に電気的におよび／または力の作用で駆動可能な車両、特に電動自転車での磁気弾性トルクセンサの使用時、駆動中に、走行中の場所の変化のみによって様々な明らかに異なる干渉場シナリオが発生し（同じ動作環境ではない）、したがって、この多様性に対する最適化がｋ＝１をもたらし（式（１）と同様）、または個々の干渉場シナリオの重み付き最適化ではｋ≠１となり、このとき、式（２）を用いると最大可能誤差がより大きくなる。この理由から、式（１）は、すでに述べた用途に関してより有利である。同じ干渉場シナリオまたはあまり大きくは異ならないシナリオを有する他の用途では、式（２）のほうが有利であり得る。
【0031】
有利には、磁気弾性トルクセンサの感度は、干渉場のないオフセット補正後の２点較正によって算出される。特に、式（１）に関する感度は、次の式に従って算出される。
【0032】
【数3】
【0033】
特に、式（２）に関する感度は、次の式に従って算出される。
【0034】
【数4】
【0035】
この式において、
・Ｍ１は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・Ｍ２は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・ＢＳＥａ（Ｍｂ）は、２点較正の点「ｂ」における、磁場センサ「ａ」の単位「μＴ」で測定された測定信号であり（ここで、第１の磁場センサに関してａ＝１、第２の磁場センサに関してａ＝２、第３の磁場センサに関してａ＝３であり、２点較正の第１の点に関してｂ＝１、第２の点に関してｂ＝２である。）、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、所定の重み係数であり、これにより、非線形の干渉場成分が存在するとき、シャフトまたは磁気弾性トルクセンサの周囲で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることにより、トルクの測定時に非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差が低減され得る。
・Ｍ１は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・Ｍ２は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・ＢＳＥａ（Ｍｂ）は、２点較正の点「ｂ」における、磁場センサ「ａ」の単位「μＴ」で測定された測定信号であり（ここで、第１の磁場センサに関してａ＝１、第２の磁場センサに関してａ＝２、第３の磁場センサに関してａ＝３であり、２点較正の第１の点に関してｂ＝１、第２の点に関してｂ＝２である。）、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、所定の重み係数であり、これにより、非線形の干渉場成分が存在するとき、シャフトまたは磁気弾性トルクセンサの周囲で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることにより、トルクの測定時に非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差が低減され得る。
【0036】
上記の式の表記「…」は、式が次の行に続くことを意味することに留意されたい。本発明において、これは、表記「…」を含むすべての式に当てはまる。ここで、算術演算に関して、演算子の標準的な優先順位が適用される。
【0037】
次の式（１ｂ）および（１ｃ）は、式（１）と等価であり、式（１）から変形により得られる。
【0038】
【数5】
【0039】
好ましくは、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサが、互いに対して、および少なくとも１つの磁化領域に対して、以下の２つの条件のうちの１つが満たされるように配置されている。
【0040】
【数6】
【0041】
特に、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサが、互いに対して、および少なくとも１つの磁化領域に対して、以下の２つの条件のうちの１つが満たされるように配置されている。
【0042】
【数7】
【0043】
この式において、
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第１の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第２の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第３の磁場センサの位置で磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分である。
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第１の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第２の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第３の磁場センサの位置で磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分である。
【0044】
（ｄ２３／ｄ１２）≦１と（ｄ１２／ｄ２３）＜１との場合の区別により、作為的なアップスケーリングなしで、有効な全感度が観察されることが保証される。
【0045】
有利には、上記の所定の磁束密度は、干渉場なしでオフセット補正された磁束密度である。
【0046】
好ましくは、軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離と、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離との和は、４ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。言い換えると、軸方向における第１の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離は、好ましくは４ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。これにより、磁気弾性トルクセンサが軸方向でコンパクトに構成され得る。ここで、少なくとも３つの磁場センサは、特に、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサを正確に含み得る。
【0047】
特に好ましくは、少なくとも３つの磁場センサは、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、第３の磁場センサ、および第４の磁場センサを含む。ここで、第３の磁場センサは、軸方向１１１で第２の磁場センサと第４の磁場センサとの間に配置されている。解析ユニットは、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出し、シャフトに加えられているトルクを測定するために、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離との比をさらに使用するように設計されている。言い換えると、解析ユニットは、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出し、シャフトに加えられているトルクを、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離との比、および軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離との比によって測定するように設計されている。磁場センサどうしの距離の考慮と、磁場センサの測定信号の対応する重み付けまたはスケーリングとにより、測定信号は互いに組み合わされてもよく、シャフトまたは磁場弾性トルクセンサの周囲で非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることが保証され得ない場所および環境変化用途での使用においても、トルクの計算時に均一な干渉場および線形の干渉場勾配が除去され、非線形の干渉場勾配が除去または最小化される。
【0048】
特に、第４の磁場センサの測定信号は、オフセット補正された測定信号である。オフセット補正は、有利には、トルクがなく干渉場もない状態で行われる。
【0049】
好ましくは、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定軸が、シャフトの軸方向または径方向に平行な測定軸を含み、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号が、第４の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分に対応する第４の測定信号を含む。
【0050】
本発明の代替形態によれば、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定軸が、互いに直交するように向けられた２つまたは３つの測定軸を含み、第４の磁場センサの少なくとも１つの測定信号が２つまたは３つの測定信号を含み、２つまたは３つの測定信号から、第４の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分を測定可能である。第４の磁場センサの位置でのシャフトの軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分は、好ましくは、解析ユニットによって測定され得る。
【0051】
好ましくは、解析ユニットは、シャフトに加えられているトルクを次の式によって測定するように設計されている。
【0052】
【数8】
【0053】
この式において、
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ４は、単位「μＴ」を有する第４の測定信号であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１４は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度であり、
・ｋは、用途に応じて非線形の干渉場成分に関する補償特性が最適化（完全な除去）され得る、または一般に、非線形の干渉場成分によるワーストケース誤差が最小化され得る重み係数である。
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向または径方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ４は、単位「μＴ」を有する第４の測定信号であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・Ｓ１４は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサの感度であり、
・ｋは、用途に応じて非線形の干渉場成分に関する補償特性が最適化（完全な除去）され得る、または一般に、非線形の干渉場成分によるワーストケース誤差が最小化され得る重み係数である。
【0054】
式（６）により、およびそこに含まれる差分計算により、０≦ｋ≦１である限り、重み係数ｋに関する選択された値に関係なく、トルクの計算時に、均一な干渉場と重畳された線形の干渉場勾配とによる干渉場成分が除去され得る。非線形の干渉場勾配による誤差は、選択されたｋに応じて除去または最小化され得る。したがって、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、第３の磁場センサ、および第４の磁場センサの測定信号に基づいて、磁気弾性トルクセンサの周囲に非線形の干渉場勾配がある場合にも、トルクのさらに正確な測定を可能となり得る。
【0055】
有利には、磁気弾性トルクセンサの感度は、干渉場のないオフセット補正後の２点較正によって算出される。特に、感度は、次の式に従って算出される。
【0056】
【数9】
【0057】
この式において、
・Ｍ１は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・Ｍ２は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・ＢＳＥａ（Ｍｂ）は、２点較正の点「ｂ」における、磁場センサ「ａ」の単位「μＴ」で測定された測定信号であり（ここで、第１の磁場センサに関してａ＝１、第２の磁場センサに関してａ＝２、第３の磁場センサに関してａ＝３、第４の磁場センサに関してａ＝４であり、２点較正の第１の点に関してｂ＝１、第２の点に関してｂ＝２である。）、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、式（６）を参照して前述した重み係数である。
・Ｍ１は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・Ｍ２は、２点較正の第１の点における単位「Ｎｍ」を有するトルクであり、
・ＢＳＥａ（Ｍｂ）は、２点較正の点「ｂ」における、磁場センサ「ａ」の単位「μＴ」で測定された測定信号であり（ここで、第１の磁場センサに関してａ＝１、第２の磁場センサに関してａ＝２、第３の磁場センサに関してａ＝３、第４の磁場センサに関してａ＝４であり、２点較正の第１の点に関してｂ＝１、第２の点に関してｂ＝２である。）、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、式（６）を参照して前述した重み係数である。
【0058】
好ましくは、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサ、および第４の磁場センサが、互いに対して、および少なくとも１つの磁化領域に対して、以下の条件が満たされるように配置されている。
【0059】
【数10】
【0060】
特に、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサ、および第４の磁場センサが、互いに対して、および少なくとも１つの磁化領域に対して、以下の条件が満たされるように配置されている。
【0061】
【数11】
【0062】
この式において、
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第１の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第２の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第３の磁場センサの位置で磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ４は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第４の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、式（６）を参照して前述した重み係数である。
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第１の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第２の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第３の磁場センサの位置で磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ４は、磁気弾性トルクセンサによって測定可能な最大トルクをシャフトに印加することにより第４の磁場センサの位置で少なくとも１つの磁化領域によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離であり、
・ｋは、式（６）を参照して前述した重み係数である。
【0063】
特に、上記の所定の磁束密度は、干渉場なしでオフセット補正された磁束密度である。
【0064】
好ましくは、軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離と、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と、第３の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離の和は、６ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。言い換えると、軸方向における第１の磁場センサと第４の磁場センサとの間の距離は、好ましくは６ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。これにより、磁気弾性トルクセンサは軸方向でコンパクトに構成されている。ここで、少なくとも３つの磁場センサは、特に、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、第３の磁場センサ、および第４の磁場センサを正確に含み得る。
【0065】
本発明の有利な形態によれば、シャフトは、少なくとも３つの磁場センサが割り当てられているただ１つの磁化領域を有する。特に、第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、および第３の磁場センサ、または第１の磁場センサ、第２の磁場センサ、第３の磁場センサ、および第４の磁場センサが、１つの磁化領域に割り当てられている。
【0066】
本発明の有利な代替形態によれば、シャフトは、第１の磁化領域および第２の磁化領域のみを有し、第１の磁化領域と第２の磁化領域とが反対の磁化を有する。言い換えると、シャフトには、好ましくは、反対の磁化を有する２つの磁化領域のみが設けられている。第１の磁化領域と第２の磁化領域とは、絶対値が等しい磁化を有してもよい。しかし、第１の磁化領域と第２の磁化領域との磁化の絶対値が異なっていてもよい。
【0067】
好ましくは、第１の磁場センサおよび第２の磁場センサが第１の磁化領域に、第３の磁場センサが第２の磁化領域に割り当てられている。代替として、好ましくは、第１の磁場センサおよび第２の磁場センサが第１の磁化領域に、第３の磁場センサおよび第４の磁場センサが第２の磁化領域に割り当てられていてもよい。
【0068】
磁場センサが磁化領域に割り当てられているという表現は、特に、磁場センサが、シャフトへのトルク印加時にこの磁化領域によって発生可能な磁場の磁束密度の１つまたは複数の成分を検出するように設計されていることを意味する。
【0069】
第１の磁場センサおよび／または第２の磁場センサおよび／または第３の磁場センサおよび／または第４の磁場センサはそれぞれ、例えばホールセンサ、ＡＭＲセンサ（ＡＭＲ効果に基づくセンサ；異方性磁気抵抗効果）、ＧＭＲセンサ（ＧＭＲ効果に基づくセンサ；巨大磁気抵抗センサ）、フラックスゲート磁力計、またはＴＭＲセンサ（トンネル磁気抵抗センサ）として構成されていてもよい。
【0070】
本発明において、ある磁場センサと別の磁場センサとの間の距離は、有利には、ある磁場センサの１点、特にセンサ中心と、別の磁場センサの対応する１点、特にセンサ中心との間の距離として定義されていることに留意されたい。
【0071】
本発明において、「磁化領域」という用語は、「磁化経路」または「磁化路」とも呼ばれ得る。
【0072】
本発明はさらに、上述した磁気弾性トルクセンサを備える車両に関する。
【0073】
車両は、特に電気的におよび／または力の作用で駆動可能であり、クランク駆動装置を有してもよい。ここで、磁気弾性トルクセンサは、有利にはクランク駆動装置に配置されており、特に、運転者が力の作用によってクランク駆動装置に加えるトルクを検出するように設計されている。
【0074】
さらに、本発明は、上述した磁気弾性トルクセンサを使用してトルクを測定するための方法に関する。この方法は、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離との比によって、シャフトに加えられているトルクを測定するステップと、を含む。ここで、上述した磁気弾性トルクセンサに関して述べた利点がここでも与えられている。
【0075】
言い換えると、本発明は、トルクを測定するための方法であって、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップと、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号を検出するステップとを含み、第２の磁場センサが、軸方向で第１の磁場センサと第３の磁場センサとの間に配置されており、磁場センサがそれぞれ少なくとも１つの測定軸を有し、少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されている方法を含む。磁場センサのうちの少なくとも１つは、シャフトの少なくとも１つの磁化領域に対して、磁場センサがそれぞれの少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されているように配置されており、磁場が、シャフトへのトルク印加時に、少なくとも１つの磁化領域によって発生可能である。さらに、この方法は、第１の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第２の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、第３の磁場センサの少なくとも１つの測定信号、および、軸方向における第２の磁場センサと第３の磁場センサとの間の距離と軸方向における第１の磁場センサと第２の磁場センサとの間の距離との比によって、シャフトに加えられているトルクを測定するステップを含む。
【0076】
上で説明した磁気弾性トルクセンサの特徴は、方法の特徴としても表され得ることに留意されたい。
【0077】
有利には、解析ユニットと磁場センサとは、磁場センサのタイプに応じて、情報技術の観点から／デジタルまたはアナログで相互接続されていてもよい。言い換えると、解析ユニットと磁場センサとの間のインターフェースは、磁場センサのタイプに応じて、デジタルまたはアナログに実装されていてもよい。
【0078】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的実施形態を詳細に述べる。図面において、同一または機能的に同一の構成部分には、それぞれ同一の参照符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】本発明の第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサの簡略概略図である。
【図4】磁気弾性トルクセンサの周囲における干渉磁場の例を表すためのグラフである。
【図5】シャフトへのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサの磁場センサによって検出可能である、第１の例示的実施形態による例示的な磁気弾性トルクセンサのシャフトに沿った磁場の軸方向成分の分布のグラフである。
【図6】第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサを備える電動自転車を示す図である。
【図7】本発明の第２の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサの簡略概略図である。
【図9】シャフトへのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサの磁場センサによって検出可能である、第２の例示的実施形態による第１の例示的な磁気弾性トルクセンサのシャフトに沿った磁場の軸方向成分の分布のグラフである。
【図10】シャフトへのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサの磁場センサによって検出可能である、第２の例示的実施形態による第２の例示的な磁気弾性トルクセンサのシャフトに沿った磁場の軸方向成分の分布のグラフである。
【図11】シャフトへのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサの磁場センサによって検出可能である、第２の例示的実施形態による第３の例示的な磁気弾性トルクセンサのシャフトに沿った磁場の軸方向成分の分布のグラフである。
【図12】本発明の第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサの簡略概略図である。
【図13】本発明の第４の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサの簡略概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0080】
【0081】
図１から分かるように、磁気弾性トルクセンサ１０は、磁気弾性シャフト５、第１の磁場センサ１、磁場センサ２、第３の磁場センサ３、および解析ユニット６を含む。
【0082】
有利には円柱形状に構成されているシャフト５に、磁化領域５１が形成されている。磁化領域５１は、磁化されているシャフト５の部分に対応する。しかし、磁化領域５１が、シャフト５を取り囲む追加の磁化構成要素によって、特に磁化リングによって提供されることも可能である。
【0083】
この例示的実施形態では、シャフト５は磁化領域５１のみを含み、磁気弾性トルクセンサ１０も、第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３以外にさらなる磁場センサを含まないことに留意されたい。
【0084】
シャフト５によって、軸方向１１１、径方向１１２、および周方向１１３が定義されている。シャフト５は、軸方向１１１に延びる。シャフト５の軸方向１１１、径方向１１２、および周方向１１３は、本発明において、磁気弾性トルクセンサ１０の軸方向、径方向、および周方向とも呼ばれ得る。
【0085】
それぞれ少なくとも１つの測定軸を有し、少なくとも１つの測定軸の方向で磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されている第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３は、有利には、シャフト５に対して径方向１１２および周方向１１３で同じ位置に配置されていてもよい。軸方向１１１では、第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３は、シャフト５に対して異なる位置に配置されている。
【0086】
さらに図１から分かるように、第２の磁場センサ２は、第１の磁場センサ１と第３の磁場センサ３との間に位置決めされている。
【0087】
特に、第１の磁場センサ１および第２の磁場センサ２は、軸方向１１１で互いに距離１２だけ離して配置されている。さらに、第３の磁場センサ３は、軸方向１１１で第２の磁場センサ２から距離２３だけ離して配置されている。
【0088】
ここで、軸方向１１１における第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２と、軸方向１１１における第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３との和は、４ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。
【0089】
第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３は、互いに、およびシャフト５の磁化領域５１に対して、以下の２つの条件のうちの１つが満たされるように配置されている。
【0090】
【数12】
【0091】
この式において、
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第１の磁場センサ１の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」でを有するの磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第２の磁場センサ２の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第３の磁場センサ３の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分である。
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第１の磁場センサ１の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」でを有するの磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第２の磁場センサ２の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第３の磁場センサ３の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分である。
【0092】
有利には、上記の所定の磁束密度は、干渉場なしでオフセット補正された磁束密度である。
【0093】
特に、３つの磁場センサ１、２、３は、磁化領域５１に割り当てられている。言い換えると、３つの磁場センサ１、２、３は、シャフト５へのトルク印加時に磁化領域５１によって発生可能な磁場の磁束密度の成分を軸方向１１１で検出するようにそれぞれ設計されているように磁化領域５１に対して配置されている。
【0094】
シャフト５へのトルク負荷時に磁場がどのように発生するかについて、図２および３に基づいて以下に説明する。
【0095】
図２で、磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５は、トルク負荷なしで表されている。この図から分かるように、シャフト５の磁化領域５１は、シャフト５１において周方向１１３に延びる閉じた磁力線５４を有する。
【0096】
一方、図３では、シャフト５は、トルクを負荷された状態で表されている。シャフト５または磁化領域５１に加えられているトルクは、シャフト５に機械的応力をもたらす。シャフト５の磁化領域５１で発生する磁気弾性相互作用により、磁力線５４は応力方向に回転する。これにより、磁力線５４は、シャフト５の周りで螺旋状に延びる。その結果、磁化領域５１の端部５１２に達した磁力線５４は、シャフト５から出て、磁化領域５１の開始点５１１に戻る。これにより、シャフト５の外側の領域に磁場が発生し、この磁場は、常にシャフト５に沿って向けられている。この磁場は、有効磁場と呼ばれる。磁化領域５１の正確に中央で、有効磁場はシャフト５に平行であり、一方、磁化領域５１の縁部領域では、シャフト５から垂直な有効磁場の成分がより増加する。図１および３に磁力線５５によって表されている有効磁場、またはシャフト５の外側の有効磁場の磁束密度は、各点でシャフト５に加えられているトルクに比例する。
【0097】
シャフト５の外側の有効磁場の磁束密度は磁場センサ１、２、３によって検出することができ、磁場センサ１、２、３は、測定信号を出力するようにそれぞれ設計されている。シャフト５またはトルク弾性磁場センサ１０の周囲に干渉磁場がある場合、シャフト５へのトルク負荷時に、各磁場センサ１、２、３の測定信号は、発生する有効磁場の対応する磁束密度を含むだけでなく、それぞれの磁場センサ１、２、３の位置での重畳された干渉磁場の磁束密度も含む。
【0098】
特に、解析ユニット６は、第１の磁場センサ１の第１の測定信号、第２の磁場センサ２の第２の測定信号、および第３の磁場センサ３の第３の測定信号を検出するように設計されている。このために、解析ユニット６は、特に情報技術の観点から、３つの磁場センサ１、２、および３と接続されている。
【0099】
特に、第１の測定信号、第２の測定信号、第３の測定信号は、オフセット補正された測定信号である。オフセット補正は、有利には、トルクがなく干渉場もない状態で行われる。
【0100】
シャフト５に加えられているトルクを測定するために、解析ユニット６は、第１の測定信号、第２の測定信号、第３の測定信号、軸方向１１１における第２の磁場センサ２３と第３の磁場３との間の距離２３と軸方向１１１における第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２との比、および磁気弾性トルクセンサ１０の感度を使用するように設計されている。
【0101】
ここで、第１の測定信号は、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に、第２の測定信号は、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に、第３の測定信号は、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に対応する。
【0102】
特に、解析ユニット６は、シャフト５に加えられているトルクを次の式によって測定するように設計されている。
【0103】
【数13】
【0104】
この式において、
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサ１０の感度である。
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・Ｓ１３は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサ１０の感度である。
【0105】
本願で提案される磁場センサ１、２、３の配置、および本願で提案される磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５に加えられているトルクの計算により、計算時に、軸方向１１１における均一な干渉場および線形の干渉場勾配が直接、近似なしで除去され得る。さらに、これらの直接除去される干渉場が、近似なしで計算され、可能な監視機能に利用され得る。除去される干渉場の計算は、後で図４を参照してより詳細に説明する。
【0106】
上記の計算式では非線形の干渉場成分がゼロであると仮定されているので、例えばさらに非線形勾配によりトルクの計算時に小さな誤差が発生する可能性があるが、通常は無視することができる。しかし、非線形成分は、絶対値に関し、磁気弾性トルクセンサ１０の周囲に通常存在する均一な干渉場および線形の干渉場勾配と比較して無視することができる。
【0107】
磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５の周囲に非線形の干渉場成分が存在する場合に、３つのみの磁場センサ、すなわち磁場センサ１、２、３からの測定信号を使用してシャフト５に加えられているトルクを計算するとき、この小さな誤差をさらに低減するために、解析ユニット６はさらに、シャフト５に加えられているトルクを次の式によって測定するように設計されていてもよい。
【0108】
【数14】
【0109】
２つの式の相違点は、第２の式では所定の重み係数ｋを使用することにある。この重み係数をトルク計算に導入することにより、シャフト５または磁気弾性トルクセンサ１０の周囲において軸方向１１１で非線形の干渉場成分が存在する場合に、非線形の干渉場成分によって引き起こされる誤差は、トルクの測定時に低減され得る。
【0110】
言い換えると、磁気弾性トルクセンサ１０の領域内で非線形の干渉場勾配が目的用途で常に同じように生成される場合、所定の重み係数ｋにより、第１の式を使用して、生じる小さい誤差をさらに減少され得、一方、干渉場勾配の様々な生成が生じ得るので非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されるという仮定が当てはまらない場所および環境変化用途では、トルク計算で引き起こされる誤差は第１の式よりも大きくなる可能性があり、したがって、そのような用途では、最大可能誤差を最小化するために、所定の重み係数ｋを使用しない第１の式が好ましい選択肢となる。
【0111】
磁気弾性トルクセンサ１０の感度は、干渉場のないオフセット補正後の２点較正によって算出され得る。特に、感度は、全般的な説明の部分から、式３ａまたは式３ｂに従って測定される。
【0112】
第１の磁場センサ１および／または第２の磁場センサ２および／または第３の磁場センサ３はそれぞれ、例えばホールセンサ、ＡＭＲセンサ（ＡＭＲ効果に基づくセンサ；異方性磁気抵抗効果）、ＧＭＲセンサ（ＧＭＲ効果に基づくセンサ；巨大磁気抵抗センサ）、フラックスゲート磁力計、またはＴＭＲセンサ（トンネル磁気抵抗センサ）として構成されていてもよい。
【0113】
図４は、磁気弾性トルクセンサ１０の周囲における干渉磁場の例を表すためのグラフを示す。
【0114】
ｘ軸２００は、軸方向１１１においてシャフト５に沿って原点２０２から測定された単位「ｍｍ」の距離を示し、ｙ軸２０１は、軸方向（１１１）における単位「μＴ」の干渉場の磁束密度成分を示す。ｘ軸２００での原点２０２のゼロ値は、シャフト５の開始点に対応する。
【0115】
図４から、第１の磁場センサ１と第３の磁場センサ３との間で、干渉磁場が、磁場センサ１に関して定義される均一な成分２０３を有することが分かる。これは、軸方向１１１における第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３の位置にこの均一な成分２０３が存在することを意味する。
【0116】
均一な成分２０３の基準を第１の磁場センサ１に設定することによって、第１の磁場センサ１の位置には均一な成分２０３のみが存在する。第１の磁場センサ１と第３の磁場センサ３との間に線形の干渉場勾配がさらに存在し、したがって、軸方向１１１における第２の磁場センサ２の位置には均一な成分２０３および線形成分２０４が存在し、軸方向１１１における第３の磁場センサ３の位置には均一な成分２０３、線形成分２０４、およびさらなる線形成分２０５が存在する。
【0117】
さらに図４から分かるように、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間には干渉場勾配のさらなる成分２０６が存在し、したがって、第１の磁場センサ１と第３の磁場センサとの間で足し合わさって非線形の干渉場勾配が存在する。第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の測定可能な勾配を純粋に線形として定義することにより、第１の磁場センサ１と第３の磁場センサ３との間の非線形の干渉勾配をマッピングするために、第３の磁場センサ３の位置で、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサとの間の線形成分２０５に、成分２０６を加えることができる。したがって、軸方向１１１における第３の磁場センサ３の位置には非線形成分２０６も存在する。
【0118】
磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５に加えられているトルクを計算するための上記の式は、軸方向１１１における干渉場の正確な経路に関係なく、シャフト５または磁気弾性トルクセンサ１０の周囲での干渉場の除去または補償を可能にすることに留意されたい。
【0119】
図４からの干渉場の様々な成分は、次の式によって算出することができる。
【0120】
【数15】
【0121】
ここで、
【数16】
【0122】
また、
【数17】
【0123】
上式において、
・ΔＳｌｉｎ（ｄ２３）は、単位「μＴ」を有する線形成分２０５であり、
・ΔＳｌｉｎ（ｄ１２）は、単位「μＴ」を有する線形成分２０４であり、
・ΔＳｌｉｎ（ｄ１３）は、第３の磁場センサ３の位置での干渉磁場の全ての線形成分であり、全ての線形成分は、線形成分２０５と線形成分２０４との和に対応し、
・ΔＳｎ．ｌ．は、非線形成分２０６である。
・ΔＳｌｉｎ（ｄ２３）は、単位「μＴ」を有する線形成分２０５であり、
・ΔＳｌｉｎ（ｄ１２）は、単位「μＴ」を有する線形成分２０４であり、
・ΔＳｌｉｎ（ｄ１３）は、第３の磁場センサ３の位置での干渉磁場の全ての線形成分であり、全ての線形成分は、線形成分２０５と線形成分２０４との和に対応し、
・ΔＳｎ．ｌ．は、非線形成分２０６である。
【0124】
単位「μＴ」を有する有効磁場ＮＳＥａ（Ｍ２）（第１の磁場センサ１に関してはａ＝１、第２の磁場センサ２に関してはａ＝２、第３の磁場センサ３に関してはａ＝３）は、較正（干渉場なし、オフセット補正後）時に測定することができ、ここで、トルクＭ２＞＞０Ｎｍでなければならない。
【0125】
干渉場成分を測定するための上記の式では、非線形の干渉場勾配が存在しない、または非線形の干渉場勾配を無視してもよく、すなわちΔＳｘ，ｎ．ｌ．＝０と仮定することができる。実行時、定義された制限値を超えたときに計算されたトルクを無効と宣言してもよく、線形の干渉場勾配を監視してもよい。これは、測定された線形の干渉場勾配の増加と共に、計算されたトルクでの非線形の干渉勾配による最大可能誤差も増加するので、特に有利である。
【0126】
図４からの干渉場の均一成分２０３は、次の式によって算出することができる。
【0127】
【数18】
【0128】
したがって、それぞれ磁場センサ１、２、および３の位置での図４からの個別に計算された干渉場成分の対応する合計により、磁場センサの各位置で、観察している全干渉場成分を測定可能である。上述した干渉場の成分、およびそれぞれの全干渉場成分は、解析ユニット６によって計算することができる。
【0129】
図５は、第１の例示的実施形態による例示的な磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５へのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサ１０の３つの磁場センサ１、２、３によって検出可能である、磁場の軸方向１１１における磁束密度のグラフを示す。
【0130】
ｘ軸２０７は、軸方向１１１においてシャフト５に沿って原点２０９から測定された単位「ｍｍ」の距離を示し、ｙ軸２０８は、軸方向１１１における単位「μＴ」の磁束密度の成分を示す。ｘ軸２０７での原点２０９のゼロ値は、シャフト５の開始点に対応する。
【0131】
この例示的な磁気弾性トルクセンサ１０に関して、次の式が成り立つ。
【0132】
【数19】
【0133】
例示的に、これは、第１の傾き２１０と第２の傾き２１１とが互いに異なることを意味する。第１の傾き２１０は、第１の磁場センサ１の位置での有効磁場の磁束密度によって定義されている点と、第２の磁場センサ２の位置での有効磁場の磁束密度によって定義されている点とを結ぶ直線的な傾きである。それに対応して、第２の傾き２１１は、第２の磁場センサ２の位置での有効磁場の磁束密度によって定義されている点と、第３の磁場センサ３の位置での有効磁場の磁束密度によって定義されている点とを結ぶ直線的な傾きである。
【0134】
ここで、特に、第１の傾き２１０は正であり、第２の傾き２１１は負である。
【0135】
図６は、第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０を備える本発明による車両１００を示す。
【0136】
車両１００は、力の作用および／または電動力で駆動可能な車両であり、特に運転者のペダル踏力をアシストするために電気駆動装置１０１を備える電動自転車である。電気駆動装置１０１は、第１のクランク１０３および第２のクランク１０４を有するクランク駆動装置１０２に配置され、蓄電池１０５によって電気エネルギーが供給される。
【0137】
磁気弾性トルクセンサ１０は、ユニットとして構成または製造され、それ自体、クランク駆動装置１０２に固定されてもよい。ここで、磁場センサ１、２、および３、シャフト５、ならびに解析ユニット６は、有利には単一のハウジングに収容される。代替として、磁場センサ１、２、および３、シャフト５、ならびに解析ユニット６は、本発明による磁気弾性トルクセンサ１０として相互作用するように、車両１００に個別に固定されてもよい。
【0138】
例えば上述した車両１００などの車両における磁気弾性トルクセンサ１０の使用は、本発明の１つの可能な用途にすぎない。
【0139】
【0140】
第２の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０が第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサと根本的に異なる点は、第２の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５には第１の磁化領域５１および第２の磁化領域５２が形成されている点である。
【0141】
さらに、図８から、第１の磁化領域５１と第２の磁化領域５２とが逆向きの磁化を有することが分かる。第１の磁化領域５１と第２の磁化領域５２との磁化は、絶対値が等しくなるように選択されてもよい。しかし、磁化領域５１、５２の磁化の絶対値が異なっていてもよい。
【0142】
図７を再び参照すると、第１の磁場センサ１および第２の磁場センサ２が第１の磁化領域５１に割り当てられており、第３の磁場センサ３が第２の磁化領域５２に割り当てられている。これは、第１の磁場センサ１および第２の磁場センサ２がそれぞれ、シャフト５へのトルク印加時に、第１の磁化領域５１によって発生する磁場の磁束密度（磁束線５５によって表される）を検出するように設計されており、第３の磁場センサ３が、シャフト５へのトルク印加時に、第２の磁化領域５２によって発生する磁場の磁束密度（磁束線５６によって表される）を検出するように設計されていることを意味する。
【0143】
図９は、第２の例示的実施形態による第１の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５へのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサ１０の３つの磁場センサ１、２、３によって検出可能である、磁場の軸方向１１１における磁束密度のグラフを示す。図１０は、第２の例示的実施形態による第２の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５へのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサ１０の３つの磁場センサ１、２、３によって検出可能である、磁場の軸方向１１１における磁束密度のグラフを示す。図１１は、第２の例示的実施形態による第３の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５へのトルク負荷時に発生可能であり、トルクセンサ１０の３つの磁場センサ１、２、３によって検出可能である、磁場の軸方向１１１における磁束密度のグラフを示す。
【0144】
各グラフにおいて、ｘ軸２０７は、軸方向１１１においてシャフト５に沿って原点２０９から測定された単位「ｍｍ」の距離を示し、ｙ軸２０８は、軸方向１１１における単位「μＴ」の磁束密度の成分を示す。ｘ軸２０７での原点２０９のゼロ値は、シャフト５の開始点に対応する。
【0145】
図９の第１の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０に関して、次の式が成り立つ。
【0146】
【数20】
【0147】
磁場センサ１、２、３は、互いに対して、ならびに第１の磁化領域５１および第２の磁化領域５２に対して、両方の傾き２１０、２１１が負であり、異なる大きさとなるように配置されている。
【0148】
図１０の第２の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０に関して、次の式が成り立つ。
【0149】
【数21】
【0150】
この式において、磁場センサ１、２、３は、互いに対して、ならびに第１の磁化領域５１および第２の磁化領域５２に対して、両方の傾き２１０、２１１が異なる大きさを有するように配置され、ここで、第１の傾き２１０はゼロであり、第２の傾きは負である。
【0151】
図９と１０の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０の比較から、図１０による磁気弾性トルクセンサ１０での第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２が、図９による磁気弾性トルクセンサ１０での距離１２よりも大きいことが分かる。他方、２つの磁気弾性トルクセンサ１０は、対応する第２の磁場センサ２と対応する第３の磁場センサ３との間の距離が同じであり、したがって、図１０による磁気弾性トルクセンサ１０での距離１２と距離２３との比は、図９による磁気弾性トルクセンサ１０での比よりも大きい。
【0152】
図１１の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０に関して、次の式が成り立つ。
【0153】
【数22】
【0154】
図１０と１１の例示的な磁気弾性トルクセンサ１０の比較から、図１１による磁気弾性トルクセンサ１０での第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２が、図１０による磁気弾性トルクセンサ１０での距離１２よりも大きいことが分かる。図１１による磁気弾性トルクセンサ１０における第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３も、図１０による磁気弾性トルクセンサ１０における距離２３より大きいが、距離１２、２３は、図１１による磁気弾性トルクセンサ１０における距離１２と距離２３との比が図１０による磁気弾性トルクセンサ１０における比よりも大きくなるように選択される。
【0155】
ここで、図９～図１１の磁気弾性トルクセンサ１０を互いに比較すると、図９の磁気弾性トルクセンサ１０が軸方向１１１で最もコンパクトであり、図１１の磁気弾性トルクセンサ１０が軸方向１１１で最もコンパクトでないことを確認することができる。他方、図１１の磁気弾性トルクセンサ１０は、加えられているトルクに関して式（５ｂ）を用いて個々の信号を計算した後に得られる最大の有効信号を有し、図９の磁気弾性トルクセンサ１０は、加えられているトルクに関して式（５ｂ）を用いて個々の信号を計算した後に得られる最小の有効信号を有する。
【0156】
一般に、これは、例えば所与の磁化および設定された外側センサ位置において、個々の信号の計算後に、磁気弾性トルクセンサ１０の加えられているトルクに関して、距離１２と２３を自由に選択することによって、結果として得られる有効な有効信号の最大化が可能になることを意味する。
【0157】
図１２は、本発明の第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０を示す。
【0158】
第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０が第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサと異なる点は、第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０が、第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３に加えて、第４の磁場センサ４も有する点である。
【0159】
ここで、第３の磁場センサ３は、軸方向１１１で第２の磁場センサ２と第４の磁場センサ４との間に配置され、軸方向１１１で第４の磁場センサ４から距離３４を有する。
【0160】
さらに、４つの磁場センサ１、２、３、４すべてが磁化領域５１に割り当てられる。これは、第４の磁場センサ４が、第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、および第３の磁場センサ３と同様に、少なくとも１つの測定軸を有し、シャフト５へのトルク負荷時に磁化領域５１によって発生する、少なくとも１つの測定軸の方向における磁場の磁束密度の成分を検出するように設計されていることを意味する。
【0161】
第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０において、軸方向１１１における第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２、軸方向１１１における第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３、および軸方向１１１１における第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４の和は、６ｍｍ以上、２０ｍｍ未満である。
【0162】
ここで、解析ユニット６は、第４の磁場センサ４の第４の測定信号を検出するように設計されている。このために、第４の磁場センサ４は、特に情報技術の観点で解析ユニット６に接続されている。
【0163】
しかし、磁場センサ１、２、３、４と解析ユニット６とのインターフェースが同様に実施されることも可能である。
【0164】
シャフト５に加えられているトルクを測定するために、解析ユニット６は、第１の測定信号、第２の測定信号、第３の測定信号、および、軸方向１１１における第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３と軸方向１１１における第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２との比に加えて、第４の測定信号、および軸方向１１１における第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３と軸方向１１１における第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４との比をさらに使用するように設計されている。
【0165】
特に、第４の測定信号は、第１の測定信号、第２の測定信号、および第３の測定信号と同様に、オフセット補正された測定信号である。オフセット補正は、有利には、トルクがなく干渉場もない状態で行われる。
【0166】
ここで、第１の測定信号は、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に対応し、第２の測定信号は、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に対応し、第３の測定信号は、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に対応し、第４の測定信号は、第４の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分に対応する。
【0167】
好ましくは、解析ユニット６は、シャフト５に加えられているトルクを次の式によって測定するように設計されている。
【0168】
【数23】
【0169】
この式において、
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ４は、単位「μＴ」を有する第４の測定信号であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４であり、
・Ｓ１４は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサ１０の感度であり、
・ｋは、用途に応じて非線形の干渉場成分に関する補償特性を最適化すること（完全な除去）ができる、または一般に、非線形の干渉場成分によるワーストケース誤差が最小化され得ることができる重み係数である。
・Ｍは、単位「Ｎｍ」を有する測定対象のトルクであり、
・ＢＳＥ１は、単位「μＴ」を有する、第１の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ２は、単位「μＴ」を有する、第２の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ３は、単位「μＴ」を有する、第３の磁場センサの位置での軸方向における磁場の磁束密度の成分であり、
・ＢＳＥ４は、単位「μＴ」を有する第４の測定信号であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４であり、
・Ｓ１４は、単位「Ｎｍ／μＴ」を有する、磁気弾性トルクセンサ１０の感度であり、
・ｋは、用途に応じて非線形の干渉場成分に関する補償特性を最適化すること（完全な除去）ができる、または一般に、非線形の干渉場成分によるワーストケース誤差が最小化され得ることができる重み係数である。
【0170】
この計算式により、０≦ｋ≦１である限り、重み係数ｋに関する選択された値に関係なく、トルクの計算時に、均一な干渉場と重畳された線形の干渉場勾配とによる干渉場成分が除去され得る。さらに、重み係数によって、干渉場勾配の非線形成分をマスクおよび除去され得、またはシャフト５もしくは磁気弾性トルクセンサ１０の周囲に様々な非線形の干渉場勾配が存在するときにワーストケース誤差最小化が達成され得る。これは、非線形の干渉場勾配が常に同じように生成されることが保証され得ない場所および環境変化用途での使用の場合に当てはまる。
【0171】
有利には、磁気弾性トルクセンサ１０の感度は、干渉場のないオフセット補正後の２点較正によって算出される。特に、感度は、全般的な説明の部分から、式７に従って算出される。
【0172】
特に、第１の磁場センサ１、第２の磁場センサ２、第３の磁場センサ３、および第４の磁場センサ４は、互いに、および磁化領域５１に対して、次の条件が満たされるように配置されている。
【0173】
【数24】
【0174】
この式において、
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第１の磁場センサ１の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第２の磁場センサ２の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第３の磁場センサ３の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ４は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第４の磁場センサ４の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４であり、
・ｋは、上述した重み係数である。
・ＮＳＥ１は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第１の磁場センサ１の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ２は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第２の磁場センサ２の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ３は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第３の磁場センサ３の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ＮＳＥ４は、磁気弾性トルクセンサ１０によって測定可能な最大トルクをシャフト５に印加することにより第４の磁場センサ４の位置で磁化領域５１によって発生する磁場の、単位「μＴ」を有する磁束密度の所定の成分であり、
・ｄ１２は、単位「ｍｍ」を有する、第１の磁場センサ１と第２の磁場センサ２との間の距離１２であり、
・ｄ２３は、単位「ｍｍ」を有する、第２の磁場センサ２と第３の磁場センサ３との間の距離２３であり、
・ｄ３４は、単位「ｍｍ」を有する、第３の磁場センサ３と第４の磁場センサ４との間の距離３４であり、
・ｋは、上述した重み係数である。
【0175】
特に、上記の所定の磁束密度は、干渉場なしでオフセット補正された磁束密度である。
【0176】
図１３は、本発明の第４の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０を示す。
【0177】
第４の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０が第３の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサと根本的に異なる点は、第４の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０が、第１の磁化領域５１に加えて第２の磁化領域５２も有する点である。
【0178】
ここで、第１の磁場センサ１および第２の磁場センサ２が第１の磁化領域５１に割り当てられており、第３の磁場センサ３および第４の磁場センサ４が第２の磁化領域５２に割り当てられている。
【0179】
これは、第１の磁場センサ１および第２の磁場センサ２がそれぞれ、シャフト５へのトルク負荷時に第１の磁化領域５１によって発生する磁場の磁束密度の１つまたは複数（２つまたは３つ）の成分を検出するように設計されており、第３の磁場センサ３および第４の磁場センサ４がそれぞれ、シャフト５へのトルク負荷時に第２の磁化領域５２によって発生する磁場の磁束密度の１つまたは複数（２つまたは３つ）の成分を検出するように設計されていることを意味する。
【0180】
特に、第１の磁化領域５１と第２の磁化領域５２とは反対の磁化を有し、それらの磁化は、絶対値が等しくてよい。代替として、磁化領域５１、５２の磁化の絶対値は異なっていてもよい。
【0181】
図６からの車両１００は、第１の例示的実施形態による磁気弾性トルクセンサ１０と組み合わせて述べたが、車両１００において、上述した他の例示的実施形態の１つによる磁気弾性トルクセンサ１００が使用され得ることに留意されたい。
【0182】
本発明の特定の利点は、磁気弾性トルクセンサ１０のシャフト５が（最大で）１つの磁化領域５１のみまたは（最大で）２つの磁化領域５２しか有していない場合、すなわち３つ未満の磁化領域しか有していないときでも、上述した干渉場除去／補償を実施することができることである。
【0183】
しかし、本発明では、３つ以上の磁化領域を有するシャフト５でも上述した干渉場除去／補償が実現可能であることに留意されたい。
【0184】
【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13】
【国際調査報告】