JP6333944B2 - 磁気弾性トルク感知装置における回転ノイズを低減するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気弾性トルク感知装置における回転ノイズを低減するためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、回転可能な軸または円板形状のトルク感知素子上に１つまたは複数の磁気調整領域を生成するためのシステムおよび方法であって、磁場変動に起因して素子によって発生する回転ノイズが実質的に無効にされる、方法及びシステムに関する。

回転する駆動軸を有するシステムの制御において、トルク及び速度は関心のある基本的なパラメータである。従って、正確で信頼性があり、安価な方法でトルクを感知し、測定することは長い間、そのような制御システムの設計の主要な目的となっていた。

内容が参照により本明細書に組み込まれているＧａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献１及び２は、軸及び軸の周りに配置された磁気弾性的に活性な材料のリングを含むトルク感知装置について記載している。内容が参照により本明細書に組み込まれているＧａｒｓｈｅｌｉｓの特許文献３は、リングを含まないが、軸自体が磁気弾性的に活性な領域を含む材料から形成されるトルク感知装置を記載している。これらのトルク感知装置のそれぞれにおいて、磁気弾性的に活性な領域は、円周方向に磁気分極した１つまたは複数の磁気調整領域を含み、軸にトルクが印加されると、この領域内の磁化を、印加されたトルクが０まで低下するときに円周方向に戻す十分な磁気異方性を有する。トルクが軸に印加されると、磁気調整領域の円周方向の磁気配向が、円周方向成分及び軸方向成分の両方を有するらせん状磁気配向を示すように再配向する。磁気調整領域に近接して、その領域に接触せずに設けられた磁場センサは、この領域によって発生した磁場の軸方向成分のみを感知するように構成される。

理論的には、特許文献１、２または３の軸にトルクが印加されていないときには、軸方向の磁場成分は存在せず、磁場センサは何も出力しない。トルクが軸に印加されると、軸方向磁場成分が印加されたトルクに比例して発生し、磁場センサは印加されたトルクを示す電気信号を出力する。

内容が参照により本明細書に組み込まれているＪｏｎｅｓの特許文献４は、円盤形状の部材を含み、この部材の上に配置された磁気弾性的に活性な領域を有する、トルク感知装置を記載している。磁気弾性的に活性な領域は、トルクが円盤に印加されていないときには円周方向に磁気分極している１つまたは複数の磁気調整領域を含む。トルクが円盤に印加されると、磁気調整領域の円周方向の磁気配向は、それらが円周方向、軸方向及び半径方向の成分を示すように再配向する。磁気調整領域に近接して、その領域に接触せずに設けられた磁場センサは、領域によって発生する磁場の軸方向のみまたは半径方向のみの成分を感知するように構成される。

理論的には、トルクが特許文献４の円盤に印加されない場合、軸方向または半径方向の磁場成分は存在せず、磁場センサは何の出力も発生しない。トルクが円盤に印加されると、軸方向及び半径方向の磁場成分が印加されたトルクに比例して発生し、磁場センサは印加されたトルクを示す電気信号を出力する。

内容が参照により本明細書に組み込まれているＬｅｅの特許文献５は、軸方向に磁気分極された磁気調整領域を含む磁気弾性的に活性な領域を有する円盤形状の部材を有するトルク感知装置を記載している。円周方向に配向された磁場センサは、円盤に印加されたトルクを示す電気信号を出力する。

前述のトルク感知装置のそれぞれは概して、印加されたトルクが０まで低下するときに磁化を休止方向または初期方向に戻すのに十分な異方性を有する材料を最初に提供することによって形成される磁気弾性的に活性な領域を有するトルクトランスデューサ（例えば、リング、軸または円盤）を組み込んでいる。磁気異方性は、トランスデューサの物理的な働きによって、またはその他の方法によって導入されうる。磁気異方性を導入するための例示的な方法は、特許文献１及び２に開示されている。

トランスデューサに磁気異方性を導入するのに続いて、トランスデューサは、所望の１つまたは複数の方向に分極されなければならない（すなわち、１つまたは複数の磁気調整領域が、磁気弾性的に活性な領域内に形成されなければならない）。特許文献１及び２は、馬蹄型磁石によって与えられるような２つの反対の磁極近傍の場の中で回転させることによってトランスデューサを磁化する方法を記載している。特許文献５は、長方形のＮｄＦｅＢ磁石近傍の場の中で回転させることによってトランスデューサを磁化する方法を記載している。

動作時には、前述のトルク感知装置のそれぞれは一般に、トランスデューサが休止状態にあるとき（すなわち、トルクがトランスデューサに印加されていないとき）に第１の方向に磁気分極した磁気調整領域を有するトルクトランスデューサを組み込んでいる。１つまたは複数の磁場センサが、各磁場センサが、第１の方向に対して垂直な有感方向を有するように磁気調整領域の近傍に設けられる。トルク感知装置は、磁場センサがその有感方向に対して垂直な磁場成分を感知できることができないため、各磁場センサが、トランスデューサが休止状態にあるときには何も出力を生まないという原理に基づいている。トルクがトランスデューサに印加されると、磁気調整領域によって発生した磁場は、磁場成分が磁場センサによって感知可能であるように再配向し、磁場センサは、印加されたトルクを表す電気信号を出力する。

理論的に、先行技術のトルク感知装置のトランスデューサを磁化する（すなわち、分極する）ために使用される方法は、特定の方向に一定の強さで印加された磁場に従う恒常的に整列された双極子をもたらす。しかし、これらの先行技術のトランスデューサは、不均一な合金成分もしくは結晶欠陥に起因しうる、またはそうでなければ製造工程において意図せず導入されうる物理的な不規則性を有することが多い。そのような不規則性により、磁気弾性的に活性な領域内の局所的な領域において、磁場の方向及び／または強さがその理論的な値から変動する結果となる可能性がある。例えば、理論的には、円周方向に分極した領域は、休止状態では半径方向または軸方向に磁場成分を示さない。しかし、実際には、そのような領域は、前述の磁場の変動に起因して、休止状態にあっても半径方向及び／または軸方向の磁場成分を示すこととなる。そのような磁場変動は、回転ノイズと呼ばれ、先行技術のトルク感知装置の精度に悪影響を及ぼす可能性がある。

そのため、トルクトランスデューサを磁化する方法であって、トランスデューサの物理的な不規則性に対処し、トランスデューサがトルク感知装置として使用される際に回転ノイズを排除することとなる方法の必要性が存在する。さらに、そのような方法を実施するためのシステムの必要性が存在する。

米国特許第５３５１５５５号明細書 米国特許第５５２００５９号明細書 米国特許第６０４７６０５号明細書 米国特許第６５１３３９５号明細書 米国特許出願第１３／３６８０７９号明細書

本発明は、本明細書に記載されるように、一般的に、軸の周りに回転可能であり、トルクトランスデューサとして機能することができる任意の軸または円盤形状の部材の磁化に適用可能である。

本発明の主要な目的は、磁場方向が磁化工程においてトランスデューサの回転ノイズを除去するように調整される、トルクトランスデューサを磁化する方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、本質的に回転ノイズを発生しない磁気弾性トルクトランスデューサを提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、磁場方向が磁化工程においてトランスデューサの回転ノイズを除去するように調整されるトルクトランスデューサを磁化させるためのシステムを提供することである。

簡単に説明すれば、本明細書において具現され、完全に説明されるように、本発明のこれらの目的及びその他の目的、利点及び特徴は、磁気弾性素子上において、第１の位置に、初期的な磁気調整領域を形成する段階と、初期的な磁気調整領域の様々な位置によって発生する磁場を測定する段階と、測定された磁場に基づいて調整因子を計算する段階と、初期的な磁気調整領域を磁気弾性素子から除去する段階と、磁気弾性素子上の第１の位置に、最終的な磁気調整領域を形成する段階と、を含み、最終的な磁気調整領域によって発生した磁場が、調整因子に基づいて調整されたものである、磁気弾性トルク感知装置を製造するための方法によって達成される。

本明細書において具現化され、完全に説明されるように、本発明の上記の目的及びその他の目的、利点及び特徴は、上記の方法によって製造された磁気弾性トルク感知装置によって達成される。トルク感知装置は、円盤形状の部材を含んでもよく、または軸を含んでもよい。

さらに、本明細書において具現化され、完全に説明されるように、本発明の上記の目的及びその他の目的、利点及び特徴は、ＤＣ磁場発生源と、ＤＣ磁場発生源を磁気弾性素子に近接して保持するように構成されたホルダーと、磁気弾性素子によって発生した磁場を感知するように構成された磁場センサと、磁場センサから受け取った情報に基づいてホルダーの位置を制御するように構成されたコンピュータシステムと、を含む、磁気弾性トルク感知装置を製造するためのシステムによって達成される。ホルダーは、磁気弾性素子の表面に対して垂直な軸の周りに回転可能であってもよく、または磁気弾性素子の表面に接する平面に対して垂直な軸の周りに回転可能であってもよい。ＤＣ磁場発生源は、周りに配置されたソレノイドを有する永久磁石を含んでもよく、ソレノイドの中心軸は、永久磁石の磁気配向に対して垂直である。

本明細書においてこれらから明らかになりうる本発明の上記の目的及びその他の目的、利点並びに特徴とともに、本発明の性質が、以下の発明の詳細な説明、本明細書に添付された特許請求の範囲及び添付されたいくつかの図面を参照することによってより明瞭に理解されるであろう。

本発明の実施形態に従う磁化されうる例示的な円盤の上面図である。 本発明の実施形態に従う円盤を磁化するためのシステムの側面図である。 本発明の実施形態に従う円盤を磁化するためのシステムの上面図である。 本発明の実施形態に従う磁気弾性トルク感知装置を製造するための方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態に従う円盤を磁化するためのシステムの上面図である。 本発明の実施形態に従う円盤を磁化するためのシステムの側面図である。 本発明の実施形態に従う円盤を磁化するためのシステムの上面図である。 本発明の実施形態に従う軸を磁化するためのシステムの側面図である。 本発明の実施形態に従う軸を磁化するためのシステムの側面図である。

本発明のいくつかの好適な実施形態が例示の目的のために説明され、本発明は図面に具体的に示していないその他の形態にも具現化し得ることは理解されるべきである。本明細書において図面は例示の目的のために提供されるものであり、縮尺通りには示されていない。

まず図１を参照すると、例示的な円盤形状の部材（すなわち、円盤）１１０の上面図が示されており、これは本発明に従って磁化されうる。本発明はまた、トルク変換素子として軸を有して使用されることもできることは注意すべきである。円盤１１０は強磁性体材料から形成され、磁気弾性的に活性な領域１４０であり、または磁気弾性的に活性な領域１４０を少なくとも含む。円盤１１０を形成するために選択される材料は、磁気弾性的に活性な領域１４０内の残留磁化を少なくとも形成するための磁区が確実に存在するように、少なくとも強磁性でなければならず、磁気弾性的に活性な領域１４０内の磁力線の配向が、印加されるトルクに関連する応力によって変化しうるように磁歪性でなければならない。円盤１１０は完全に固体でもよく、または部分的に中空でもよい。円盤１１０は、均一な材料で形成されてもよく、材料の混合物で形成されてもよい。円盤１１０はどのような厚さでもよく、好適には約３ｍｍの厚さである。

円盤１１０の上面及び下面は平坦であってもよく、円盤１１０の中心から外縁部まで、断面方向に変化する厚さを有してもよい。しかし、磁気弾性的に活性な領域１４０を構成する円盤の部分は、平坦であるのが好適である。例えば、自動車用途に使用することを意図する場合、円盤１１０は、エンジンやトランスミッションなどの駆動系構成要素に取り付けることを可能にするための内側の穴１１６及び外側の穴１１８を含んでもよい。

磁化の後、円盤１１０の磁気弾性的に活性な領域１４０は、１つまたは複数の磁気調整領域１４２、１４４を含む。好適には、円盤１１０は、円盤１１０の磁気弾性的に活性な領域１４０を画定する、少なくとも２つの半径方向に区別でき、環状の、反対に分極した磁気調整領域１４２、１４４を含む。内側の磁気調整領域１４２及び外側の磁気調整領域１４４は、その間に間隙を有して形成されてもよく、間隙を有さずに形成されてもよい。他の例示的な円盤において、磁気弾性的に活性な領域は、２つより少ない、または２つより多い磁気調整領域を含んでもよい。

円盤１１０がトルク感知装置として使用される場合、磁場センサ１５２、１５４が磁気弾性的に活性な領域１４０に近接して、各磁場センサ１５２、１５４が対応する磁気調整領域１４２、１４４の上に位置するように配置される。磁場センサ１５２、１５４は、その有感方向が対応する磁気調整領域１４２、１４４の磁化の方向に対して垂直であるように配向される。この構成により、磁場センサ１５２、１５４によって出力された、状態を示す信号は、円盤１１０に印加されたトルクの変動に対して線形的に変動する。磁場センサ１５２、１５４は、磁場センサが円盤１１０に接触するのを防ぎつつ、磁場センサを円盤１１０に近接させた状態を保つ１つまたは複数のセンサプラットフォーム１６０上に搭載されてもよい。

トルク感知装置として使用する間、円盤１１０は１秒間に多数回回転してもよく、円盤１１０の異なる部分が異なる時間において磁場センサ１５２、１５４に接近する。そのため、トルク感知装置は、回転ノイズの悪影響を低減し得る複数のセンサプラットフォーム１６０を含んでもよい。好適には、２つの磁気調整領域１４２、１４４の極性は、円盤１１０上の特定の角度位置に関して反平行であり、これによってトルク感知装置は、遠くの磁気ノイズの好ましくない効果を打ち消すことができる。例示的な磁場センサの構成は、特許文献５に示されている。

図１の例示的な円盤１１０を磁化するための方法は、円盤１１０が回転するときに、永久磁石を円盤１１０に近接して配置し、内側及び外側の磁気調整領域１４２、１４４を形成する段階を含んでもよい。そのような方法は、特許文献５に示されている。磁石が除去されると、磁気調整領域１４２、１４４は、例えば、実質的に円形である残留磁化状態を有してもよい。しかし、円盤１１０の化学組成及び／または結晶構造が均一ではないので、またはその他の要因により、発生する残留磁化は完全に円形ではなく、その代わりに円盤１１０の異なる角度位置において均一でない半径方向磁場成分を呈する。これらの不均一性は、円盤１１０の回転ノイズパターンに寄与し、これは複数回にわたって円盤１１０が消磁され、再磁化されたとしても、繰り返し現れうる。

図２及び３は、磁気調整領域２４２が例示的な円盤２１０の環状部分に形成されうる工程を行うためのシステム２００を示す。図２は、円盤２１０の側面図を示し、図３は円盤２１０の上面図を示す。単純化のために、図２及び３に示されたシステム２００は、単一の磁気調整領域２４２（または磁気調整「帯」）のみが円盤２１０に形成される工程に適用可能である。しかし、円盤２１０に２つまたはそれ以上の磁気調整領域を形成するための工程は本発明の範囲内にあり、本明細書で提供される説明及び図面から理解されるであろう。

システム２００は、円盤２１０の表面に近接して磁化磁石２００を保持するための磁石ホルダー２０１を含む。磁化磁石２０２に示される図２のＸ及び図３の矢印は、磁化磁石２０２が円周方向において円盤２１０の表面に対して平行な磁気配向を有することを示している。磁石ホルダー２０１は、円盤の表面に対して垂直な、磁化磁石２０２の中心軸の周りに回転できるものであってよく、永久磁石２０２の磁気配向は、円周方向からは逸脱するが、円盤２１０の表面には平行のままである。図２に示されるように磁石ホルダー２０１が回転できることが、図３の磁化磁石２０２の右側に示された矢印によって示されている。

システム２００はさらに、磁気調整領域２４２によって生成された磁場を測定するための磁場センサ２５２を含む。磁場センサ２５２は、当該技術分野で知られものであり、フラックスゲートインダクター、ホール効果センサなどの磁場ベクトルセンサ装置を含む。磁場センサ２５２は、センサプラットフォーム２６０上に取り付けられ、センサプラットフォーム２６０は、磁場センサ２５２を円盤２１０の表面に近接して保持する。

システム２００はさらに、１つまたは複数のコンピューティングデバイスを含みうるコンピュータシステム（図示されない）を含む。コンピュータシステムは、１つまたは複数の磁場センサ２５２によって生成された測定データおよび円盤２１０の角度位置を示すデータを含むデータを受け取り、保存し、分析することができる。コンピュータシステムはまた、以下にさらに詳細に説明するように、１つまたは複数の磁化磁石２０２の位置（例えば回転角度）を制御し、及び／または１つまたは複数のソレノイド電流を制御する出力を生成することができる。従って、コンピュータシステムは、１つまたは複数のメモリ装置及び１つまたは複数のプロセッサを含んでもよく、本発明に従って各段階を実行するために、１つまたは複数のソフトウェアアルゴリズムを実行することができるものであってもよい。

図４は、磁気調整領域２４２が、本発明に従って、ほとんどまたは全く回転ノイズを示さないように、磁気調整領域２４２を円盤２１０上に形成する例示的な段階を示すフロー図である。

段階４０１において、円盤２１０の磁化状態はランダム化されている（すなわち、円盤２１０は消磁／減磁されている）。減磁は、円盤２１０がその中心軸Ｏの周りに回転しつつ、ＡＣ磁場発生源を円盤２１０の磁気弾性的に活性な領域の近傍に持ってくることにより達成されうる。ＡＣ磁場の導入により、ランダムな配向を有する多くの小さな磁区が、磁気弾性的に活性な領域２４０の様々な部分において生成される。従って、磁気弾性的に活性な領域２４０によって生成される磁場の全体は小さい。代替的に、全体的な磁場を有さない磁気弾性的に活性な領域２４０を有する円盤２１０が生成されてもよく、この場合ランダム化段階４０１は必要でない。

段階４０２において、磁気調整領域２４２は、円盤２１０がその中心軸Ｏの周りに回転しつつ、永久磁化磁石２０２のようなＤＣ磁場発生源を円盤２１０の表面近傍に持ってくることによって、円盤２１０に形成される。好適な実施形態において、磁化磁石２０２は、ＮｄＦｅＢ永久磁石である。図３に示される非限定的な例において、磁気調整領域２４２の形成の間に、円盤２１０が反時計回り方向に回転しつつ、磁化磁石２０２が時計回り円周方向に磁気配向を有して保持される。これによって、永久磁石２０２の磁気配向とは反対の、概して反時計円周方向に分極された磁気調整領域２４２が形成されることとなる。磁気調整領域２４２に示される図３の矢印は、磁気調整領域２４２が、概して反時計円周方向である磁気配向を有することを示している。

図３には単純化のために１つの磁気調整領域２４２のみが示されているが、段階４０２は、円盤２１０の表面に２つまたはそれ以上の磁気調整領域を形成することができるように、２つまたはそれ以上の磁化磁石を円盤２１０の表面近傍に配置することを含みうることは理解されるであろう。特許文献５は、段階４０２と一致する、円盤に複数の磁気調整領域を形成するための例示的な工程を記載している。

段階４０２によって、概して円周方向に分極された１つの磁気調整領域２４２（または複数の領域）を形成することとなる。しかし、円盤２１０の物理的な不規則性またはその他の理由のために、磁気調整領域２４２の分極はわずかに円周状ではなくなっている。例えば、磁気調整領域２４２のある部分が、半径方向成分を有する磁場を生成しうる。さらに、円周方向からの極性偏差が、磁気調整領域２４２の異なる角度位置で異なる。従って、段階４０２の後で、磁気調整領域２４２は望ましくない回転ノイズを呈する。特定の円盤の回転ノイズパターンは繰り返しうることが分かっている。換言すれば、磁気調整領域の特定の角度位置が、磁化及び再磁化のために使用される同じ工程が提供される連続する減磁及び再磁化の後に呈するのと同じ回転ノイズを、初期磁化の後に呈することとなる。

段階４０３において、磁化磁石２０２は円盤２１０の近傍から除去され、磁場センサ２５２が使用されて、円盤２１０が休止状態にあるときに、磁気調整領域２４２の異なる角度位置によって発生する磁場を測定する。段階４０３の実施時に、一連の個別の測定結果が得られ、各個別の測定結果は、円盤２１０の異なる角度位置に対応する。

例えば、第１の個別の測定結果を得るために、円盤２１０が休止状態にある間に、固定磁場センサ２５２が磁気調整領域２４２に近接して配置されてもよい。磁場センサ２５２は、その有感方向が半径方向において円盤２１０の表面と平行になるように配置され、磁場センサ２５２が磁気調整領域２４２によって発生した所望の円周方向磁場成分に基づく出力を発生しないようにする。しかし、磁場センサ２５２は磁気調整領域２４２によって発生した望ましくない半径方向磁場成分に基づく出力を生成することとなり、これは、段階４０２において円盤２１０の磁化の間に存在する物理的不均一性に起因する可能性がある。コンピュータシステムは、円盤２１０の対応する角度位置を表す値とともに、磁場センサ２５２の出力（すなわち回転ノイズ測定結果）を保存する。円盤２１０の角度位置を表す値は、追加的な角度位置センサ（図示されない）によってコンピュータシステムに提供されてもよい。代替的に、または追加的に、コンピュータシステムは、提供されたアルゴリズムに従って円盤の角度位置を制御するように構成されてもよい。

第２の個別の測定結果は、円盤２１０を第２の角度位置までわずかに回転させることによって得られてもよく、円盤２１０は休止状態を保つことができる。この時磁場センサ２５２は、第２の回転ノイズ測定結果を取得し、これは第２の角度位置を表す値とともに保存される。好適には、個別の測定結果を得る工程は、円盤２１０が少なくとも完全に３６０°回転し、データマップが円盤２１０に関して生成されるまで繰り返される。円盤２１０の各角度位置に関して、データマップは対応する回転ノイズ測定結果を含む。個別の測定結果が得られる角度位置の数を増やすことによって、データマップの解像度は増加し、本発明の効果が改善される。好適な実施形態において、個別の測定結果は、円盤２１０の３６０の別個の角度位置について得られる。２つ以上の磁気調整領域２４２を有する円盤２１０について、複数の磁場センサ２５２が回転ノイズを測定するために使用されてもよく、得られたデータマップは磁場調整領域２４２のそれぞれについての回転ノイズデータを含むこととなることが考えられる。円盤２１０の回転速度がほぼ一定状態を保つように、測定工程の間、わずかなトルクが円盤２１０に印加され得ることは注意すべきである。しかし、そのようなわずかなトルクの値は、トルク感知装置用途において実際に使用される際に円盤２１０に印加されることとなる典型的なトルクよりも何桁も小さい。従って、測定工程の間に円盤２１０に印加されるどのようなわずかなトルクも、得られた測定結果に悪影響を及ぼさない。

段階４０４において、円盤２１０の磁化状態は再びランダム化される。換言すれば、段階４０４において、段階４０２で形成された磁気調整領域２４２は、段階４０１で説明したのと同様の工程を用いて消磁される。例えば、段階４０４は、円盤２１０がその中心軸Ｏの周りに回転しつつ、ＡＣ磁場発生源を磁気調整領域２４２の近傍に配置する段階を伴ってもよい。円盤２１０のそれまでに磁化された領域全てを消去し、円盤２１０の磁化状態に予測可能な影響を有するように、これに続く再磁化の間に調整を行うことが可能となるため、減磁段階が有利である。しかし、円盤２１０の減磁は、開示された方法の所望の結果（すなわち回転ノイズの軽減）を得るために常に必要ではないことに注意すべきである。従って、段階４０４は必須の段階ではない。

段階４０５において、コンピュータシステムは段階４０３で得られた測定結果に基づいて調整因子を計算する。本発明の例示的な実施形態において、調整因子は、円盤２１０の各角度位置に関して、磁化磁石２０２のための調整角度の値を含む。調整因子の計算において、コンピュータシステムはデータマップを分析し、対応する磁気調整領域２４２の位置が再磁化の後に回転ノイズを発生させないように、磁化磁石２０２が、各角度位置において、後に続く円盤２１０の再磁化の間にオフセットされるべき角度を決定する。

例えば、磁気調整領域２４２が段階４０２に従って円周方向に分極された磁化磁石２０２を用いて形成された後、段階４０３において、磁場センサ２５２は、円盤２１０が休止状態にあるときに磁気調整領域２４２の第１の角度位置によって発生したわずかな半径方向の磁場成分を測定してもよい。この半径方向成分はもちろん望ましくない回転ノイズである。段階４０５において、コンピュータシステムは、円周方向からの磁化磁石２０２の極性を、磁気調整領域２４２の第１の角度部分の形成の間に１°だけオフセットすることによって、それを決定してもよく、その部分は、磁気調整領域２４２の形成が完了した後は、円盤２１０が休止状態にあるときにいかなる半径方向の磁場成分も発生させないこととなる。従って、コンピュータシステムは、磁気調整領域２４２の第１の角度部分に対応する円盤２１０の角度位置について１°の調整因子を生成することとなる。段階４０５は段階４０４とは独立であることに注意すべきである。従って、段階４０４が実施される例では、段階４０５は段階４０４の前、後または同時に実施されてもよい。

段階４０６において、新しい磁気調整領域２４２が、段階４０２において記載されたのと同様の工程によって、段階４０２において形成された磁気調整領域と同じ位置において、円盤２１０に形成される。しかし、段階４０６において、コンピュータシステムはその回転の間、円盤２１０の角度位置を監視し、磁化磁石２０２の角度オフセットが、円盤２１０の角度位置及び事前に計算された調整因子に基づいて連続的に調整される。磁化磁石２０２の角度オフセットは、磁化磁石２０２が取り付けられた磁石ホルダー２０１を回転することによって調整されてもよい。段落４０６の円盤２１０の再磁化における磁化磁石２０２の角度オフセットは、回転ノイズを引き起こす可能性のある円盤２１０の物理的な不規則性の望ましくない効果を打ち消す。

図５は、段階４０６を実施する際の円盤２１０を示している。図５に示されるように、磁化磁石２０２の極性は、磁化磁石２０２の直下に位置する磁気調整領域２４２の角度部分に対応する調整因子に従って円周方向からわずかにオフセットされている。調整因子は円盤２１０の異なる角度位置ごとに異なりうるため、磁化磁石２０２の角度オフセットは、円盤２１０の各一回転ごとに何度も調整されうる。段階４０６の実施において、磁化磁石２０２が円盤２１０の表面近傍に運ばれ、いくつかの回転の間、円盤２１０の近傍に保持され、次いで円盤２１０の近傍から除去される間、円盤２１０はその中心軸Ｏの周りを何度も回転しうる。段階４０６に従って円盤２１０を再磁化した後、磁気調整領域２４２は、実質的に回転ノイズを発生させない。

図６及び７は、本発明の代替的な例示的実施形態に従う円盤２１０の磁気調整領域２４２を形成するためのシステム２００を示している。図６は円盤２１０の側面図を示し、図７は円盤２１０の上面図を示す。図２及び３のように、図６及び７の永久磁化磁石の磁気配向は円周方向にある。しかし、図２及び３と異なり、図６及び７は、磁気磁石２０２の周りに配置されたソレノイド２０４をさらに含み、ソレノイド２０４の中心軸は半径方向に配向し、磁化磁石２０２の磁気配向に対して垂直である、システム２００を示している。ソレノイド２０４は、電流が印加されると、ソレノイド２０４と磁化磁石２０２の組み合わせが追加的な電磁石を形成し、これが半径方向に磁気的に配向されるように配置される。単純化のために、図６及び７のソレノイドは、４回の巻き数を有して示されている。しかし、ソレノイドは好適には４回よりも多い巻き数を含み、典型的には約１５０回の巻き数を含む。ソレノイド２０４は、磁化磁石２０２に近接して配置されるが、周囲には配置されなくてもよいことに注意すべきである。

本発明のこの代替的な実施形態において、各段階４０５で計算された調整因子は、円盤２１０の各角度位置に関して、ソレノイド２０４のための調整電流値を含んでいる。調整因子を計算する際に、コンピュータシステムは段階４０３で生成されたデータマップを分析し、各角度位置において円盤２１０の以後の再磁化の間にソレノイド２０４に印加されるべき電流を決定し、それによって磁気調整領域２４２の対応する部分は、再磁化後には回転ノイズを発生しないようになる。

例えば、段階４０５において、コンピュータシステムは、磁気調整領域２４２の第１の角度位置の形成の際に、１００ｍＡの直流電流をソレノイド２０４に印加することによって、その位置は、磁気調整領域２４２の形成が完了した後、円盤２１０が休止状態にあるときにはいかなる半径方向の磁場成分も発生させなくなる。従って、コンピュータシステムは、磁気調整領域２４２の第１の角度位置に対応する円盤２１０の角度位置について１００ｍＡの調整因子を生成することとなる。

本発明の代替的な実施形態を続けて参照すると、段階４０６において、コンピュータシステムは、回転の間、円盤２１０の角度位置を監視し、ソレノイド２０４に電流を印加し、電流は円盤２１０の角度位置及び事前に計算された調整因子に基づいて連続的に調整される。段階４０６の円盤２１０の再磁化においてソレノイド２０４に印加される電流は、回転ノイズを引き起こす可能性のある円盤２１０の物理的な不規則性の望ましくない効果を打ち消す。

本発明の他の例示的な実施形態において、磁気調整領域２４２の形成は、急速調整工程を実施することによって達成されてもよい。この工程において、磁場センサ２５２は、円盤２１０が回転する間、円盤２１０の対応する角度位置に関する個別の磁場測定結果を得る。調整因子（例えば角度オフセットまたは調整電流値）が、対応する磁場測定結果に基づいて円盤２１０の各角度位置に関して計算される。同時に、磁化磁石２０２は、円盤２１０に近接し、磁気調整領域２４２の特定の角度位置が磁化磁石２０２の真下にあるときに、対応する角度位置について直近の調整因子が磁化磁石２０２に適用されるように調整される。磁化磁石の調整は、例えば、磁化磁石２０２に角度オフセットを適用することによって、または調整ソレノイド２０４に電流を印加することによって達成されてもよい。磁場の急速測定、調整因子の計算及び磁化磁石２０２の調整を伴う工程は、円盤２１０が数回転する間続く。好適には、この工程は、磁場センサ２５２が、磁気調整領域２４２の全体について許容可能な低いレベルの回転ノイズを示すまで続けられる。回転ノイズのレベルが許容可能になるまで低くなると、測定、計算、及び調整の工程は、工程が完了した後、磁化磁石２１０が円盤２１０の近傍からゆっくりと取り除かれるまで続けられる。

円盤形状のトルク感知装置についての上述の開示の全体は、軸形状やリング形状などのその他の種類のトルク感知装置にも同様に適用可能であることに注意すべきである。図８及び９は、軸型のトルク感知装置の磁化に適用される、本発明の他の代替的な例示的実施形態を示している。図４に関して上述された方法に従い、磁気弾性的に活性な領域を有する軸８１０が提供される。磁化磁石８０２が、軸８１０の該して円周状に分極した磁気調整領域８４２を形成するために使用されてもよい。しかし、初期磁化の後、磁気調整領域８４２の位置は、望ましくない軸方向成分（すなわち回転ノイズ）を有する磁場を発生しうる。軸方向に配向した有感方向を有し、センサプラットフォーム８６０上に配置された磁場センサ８５２は、軸８１０の異なる角度位置に対応する回転ノイズ測定結果を得るために使用されてもよい。これらの回転ノイズ測定結果は、磁化磁石８０２のための調整角度またはソレノイド８０４のための調整電流値を含む調整因子を計算するのに使用される。軸８１０は必要であれば減磁され、新しい磁気調整領域８４２が、再磁化段階においてシャフト８１０に形成される。軸８１０の再磁化の際に、磁化磁石８０２の角度オフセットまたはソレノイド８０４に印加された電流は、調整因子に基づいて連続的に調整され、実質的に回転ノイズを発生させない磁気調整領域８４２の形成につながることとなる。例えば、図８に示されるように、磁化磁石８０２は、軸８１０の表面に接する平面に対して垂直である軸の周りに回転されてもよい。単純化のために、図８及び９に示された軸は、その上に形成された単一の磁気調整領域８４２のみを含む。しかし、軸８１０上に２つまたはそれ以上の磁気調整領域を形成する工程は、本発明の範囲内にあり、本明細書に提供された説明及び図面を参照して理解されるであろう。

本明細書に提供された説明及び図面は例示的な目的のためであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。例えば、開示されたシステムおよび方法は、軸方向に分極された磁気調整領域を有するトルクトランスデューサを形成するために使用されてもよく、望ましくない円周方向または半径方向に分極した磁場成分を防ぐために計算された調整因子が、回転ノイズを低減するために適用される。

開示された発明の特定の現在好適な実施形態が本明細書において具体的に説明されたが、本明細書において示され説明された様々な実施形態の変形及び改良が、本発明の思想及び範囲を逸脱することなくなされうることは、本発明が属する分野の当業者には明らかであろう。従って、本発明は添付された特許請求の範囲及び適用可能な法令によって必要な範囲にのみ限定されることを意図されるものである。

１１０ 円盤
１１６、１１８ 穴
１４０ 磁気弾性的に活性な領域
１４２、１４４ 磁気調整領域
１５２、１５４ 磁場センサ
２００ システム
２０１ 磁石ホルダー
２０２ 磁化磁石
２１０ 円盤
２４２ 磁気調整領域
２５２ 磁場センサ
２６０ センサプラットフォーム
８０２ 磁化磁石
８０４ ソレノイド
８１０ 軸
８４２ 磁気調整領域
８５２ 磁場センサ
８６０ センサプラットフォーム

Claims (28)

1. 磁気弾性素子上において、第１の位置に、初期的な磁気調整領域を形成する段階と、
   前記初期的な磁気調整領域の様々な部分によって発生する磁場を測定する段階と、
   前記測定された磁場に基づいて調整因子を計算する段階と、
   計算された前記調整因子を用いて、前記磁気弾性素子上の第１の位置に、最終的な磁気調整領域を形成する段階と、を含む、磁気弾性トルク感知装置を製造するための方法。
2. 前記初期的な磁気調整領域を形成する段階が、永久磁石を前記磁気弾性素子に近接して配置する段階及び、中心軸の周りに前記磁気弾性素子を回転させる段階を含み、
   前記最終的な磁気調整領域を形成する段階が、前記永久磁石を前記磁気弾性素子の近傍に配置し、前記中心軸の周りに前記磁気弾性素子を回転させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記最終的な磁気調整領域を形成する段階が、前記磁気弾性素子の回転の間に、前記調整因子に基づいて前記永久磁石の角度オフセットを調整する段階を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記永久磁石の周りにソレノイドを設ける段階をさらに含み、
   前記最終的な磁気調整領域を形成する段階が、前記ソレノイドに電流を印加する段階及び前記磁気弾性素子の回転の間に、前記調整因子に基づいて前記電流の値を調整する段階を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記永久磁石の周りではなく、前記永久磁石に近接して、ソレノイドを設ける段階をさらに含み、
   前記最終的な磁気調整領域を形成する段階が、前記ソレノイドに電流を印加する段階及び前記磁気弾性素子の回転の間に、前記調整因子に基づいて前記電流の値を調整する段階を含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記初期的な磁気調整領域を前記磁気弾性素子から除去する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記初期的な磁気調整領域を前記磁気弾性素子から除去する段階が、前記磁気弾性素子に近接してＡＣ磁場発生源を配置する段階及び中心軸の周りに前記磁気弾性素子を回転させる段階を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記磁場を測定する段階が、
   （ａ）前記磁気弾性素子を休止状態に置く段階と、
   （ｂ）前記磁気弾性素子の角度位置に対応する個別の磁場測定結果を得る段階と、
   （ｃ）前記磁気弾性素子を中心軸の周りにわずかに回転させる段階と、
   （ｄ）前記磁気弾性素子が完全に３６０°を１回転するまで前記段階（ａ）から（ｃ）を繰り返す段階と、を含む、請求項１に記載の方法。
9. データマップを生成する段階をさらに含み、前記データマップが、前記初期的な磁気調整領域の前記様々な部分のそれぞれについて、磁場測定値及び対応する角度位置測定値を含む、請求項１に記載の方法。
10. 請求項１に記載の方法によって製造された、磁気弾性トルク感知装置。
11. 前記磁気弾性素子が円盤形状の部材を含む、請求項１０に記載の磁気弾性トルク感知装置。
12. 前記磁気弾性素子が軸を含む、請求項１０に記載の磁気弾性トルク感知装置。
13. ＤＣ磁場発生源と、
    前記ＤＣ磁場発生源を磁気弾性素子に近接して保持するように構成されたホルダーと、
    前記磁気弾性素子によって発生した磁場を感知するように構成された磁場センサと、
    前記磁場センサが受け取った情報に基づいて前記ホルダーの位置を制御するように構成されたコンピュータシステムと、を含む、磁気弾性トルク感知装置を製造するためのシステム。
14. 前記ホルダーが、前記磁気弾性素子の表面に対して垂直な軸の周りに回転可能であるように構成された、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ホルダーが、前記磁気弾性素子の表面に対して接する面に対して垂直な軸の周りに回転可能であるように構成される、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記磁気弾性素子の角度位置を感知するための位置センサをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記コンピュータシステムがさらに、前記磁場センサによって出力された電気信号を受け取るように構成された、請求項１３に記載のシステム。
18. 前記コンピュータシステムがさらに、前記磁場センサによって出力された電気信号に基づいて調整因子を計算するように構成され、前記コンピュータシステムがさらに、前記調整因子に基づいて前記ホルダーの位置を制御するように構成された、請求項１７に記載のシステム。
19. 磁気弾性素子に近接して配置されるように構成された永久磁石と、
    前記永久磁石の磁気配向に対して垂直な中心軸を有するソレノイドと、
    前記磁気弾性素子によって発生した磁場を感知するように構成された磁場センサと、
    前記磁場センサから受け取った情報に基づいて前記ソレノイドに印加される電流を制御するように構成されたコンピュータシステムと、を含む、磁気弾性トルク感知装置を製造するためのシステム。
20. 前記ソレノイドが、前記永久磁石の周りに配置された、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記ソレノイドが、前記永久磁石の周りではなく、前記永久磁石に近接して配置された、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記磁気弾性素子の角度位置を感知するための位置センサをさらに含む、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記コンピュータシステムがさらに、前記磁場センサによって出力される電気信号を受け取るように構成された、請求項１９に記載のシステム。
24. 前記コンピュータシステムがさらに、前記磁場センサによって出力される前記電気信号に基づいて調整因子を計算するように構成され、前記コンピュータシステムがさらに、前記調整因子に基づいて前記ソレノイドに印加される電流を制御するように構成される、請求項２３に記載のシステム。
25. ＤＣ磁場発生源が磁気弾性素子上に磁気調整領域を形成することができるように、前記ＤＣ磁場発生源を前記磁気弾性素子に近接して配置する段階と、
    磁場センサが、前記磁気調整領域の様々な位置によって発生する磁場を測定することができるように、前記磁場センサを前記磁気弾性素子に近接して配置する段階と、
    前記磁気弾性素子を軸の周りに回転する段階と、
    前記磁気弾性素子上の磁気調整領域の様々な部分によって発生した磁場を測定する段階と、
    測定された前記磁場に基づいて調整因子を計算する段階と、
    計算された前記調整因子に基づいて前記ＤＣ磁場発生源を調整する段階と、を含む、磁気弾性トルク感知装置を製造するための方法。
26. 前記磁気弾性素子を回転する段階、前記磁場を測定する段階、前記調整因子を計算する段階、及び前記ＤＣ磁場発生源を調整する段階が、同時に行われる、請求項２５に記載の方法。
27. 前記ＤＣ磁場発生源が永久磁石を含み、前記ＤＣ磁場発生源を調整する段階が、前記調整因子に基づいて前記永久磁石の角度オフセットを調整する段階を含む、請求項２５に記載の方法。
28. 前記ＤＣ磁場発生源が、周囲に配置されたソレノイドを有する永久磁石を含み、前記ソレノイドの中心軸が前記永久磁石の磁場配向に対して垂直であり、前記ＤＣ磁場発生源を調整する段階が、電流を前記ソレノイドに印加する段階及び前記調整因子に基づいて前記電流の値を調整する段階を含む、請求項２５に記載の方法。

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