DE112020003644T5 - Drehmomentdetektor, Motoreinheit und Elektrofahrrad - Google Patents

Drehmomentdetektor, Motoreinheit und Elektrofahrrad Download PDF

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Shigeru Ido
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Abstract

Ein magnetostriktiver Drehmomentdetektor (1), der ein Drehmoment erfasst, das in einem Erfassungsgegenstand erzeugt wird, umfasst: eine Brückenschaltung (10), die eine erste Spule (L1), einen ersten Widerstand (R1), eine zweite Spule (L2) und einen zweiten Widerstand(R2) umfasst; einen Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreis (20), der zwei Schaltelemente (SW1, SW2) umfasst und der Brückenschaltung (10) eine erste Spannung zuführt; einen Kondensator (C), der mit der Brückenschaltung (10) verbunden ist und eine zweite Spannung hält; eine Ansteuereinheit (31), die bewirkt, dass der Stromversorgungsschaltkreis (20) die erste Spannung durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente (SW1, SW2) erzeugt; und eine Signalverarbeitungseinheit (32), die das Drehmoment auf der Basis einer Differenz des Potenzials zwischen einem Verbindungspunkt der ersten Spule (L1) und dem ersten Widerstand (R1) und einem Verbindungspunkt der zweiten Spule (L2) und dem zweiten Widerstand (R2) erfasst. Die Ansteuereinheit (31) stellt eine Totzeit ein, wenn die Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente (SW1, SW2) geschalten werden.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentdetektor, eine Motoreinheit und ein Elektrofahrrad.
  • [Stand der Technik]
  • Herkömmlich gibt es Geräte und Vorrichtungen, wie z.B. Industriemaschinen bzw. gewerbliche Maschinen oder Verbraucherelektronikgeräte, die auf der Basis von Drehmomenterfassungsergebnissen durch einen Drehmomentdetektor betrieben werden, der ein Lastdrehmoment oder ein Eingangsdrehmoment erfasst. Beispielsweise offenbart das Patentdokument (PTL) 1 einen magnetostriktiven Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment auf der Basis einer Differenz in einer Brückenschaltung eines Paars von Spulen und eines Paars von Widerständen erfasst.
  • [Dokumentenliste]
  • [Patentdokumente]
  • [PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002-139390
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Leider wird bei diesem herkömmlichen Drehmomentdetektor die Symmetrie des Stroms, der durch das Paar von Spulen fließt, beim Einschalten unterbrochen, was zu einer Verminderung der Erfassungsgenauigkeit führt.
  • Im Hinblick darauf ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehmomentdetektor, eine Motoreinheit, die den Drehmomentdetektor umfasst, und ein Elektrofahrrad, das den Drehmomentdetektor umfasst, der ein Drehmoment mit einer hohen Genauigkeit erfassen kann, bereitzustellen.
  • [Lösung des Problems]
  • Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein magnetostriktiver Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment erfasst, das in einem Erfassungsgegenstand erzeugt wird: eine Brückenschaltung, die einen Parallelschaltkreis aus einer ersten Spule und einem ersten Widerstand, die in Reihe verbunden sind, und einer zweiten Spule und einem zweiten Widerstand, die in Reihe verbunden sind, umfasst; einen Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreis, der zwei Schaltelemente umfasst und der Brückenschaltung eine erste Spannung zuführt; einen Kondensator, der mit der Brückenschaltung verbunden ist und eine zweite Spannung hält; eine Ansteuereinheit, die bewirkt, dass der Stromversorgungsschaltkreis durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente die erste Spannung erzeugt; und eine Signalverarbeitungseinheit, die das Drehmoment auf der Basis einer Differenz des Potenzials zwischen einem Verbindungspunkt der ersten Spule und dem ersten Widerstand und einem Verbindungspunkt der zweiten Spule und dem zweiten Widerstand erfasst. Die Ansteuereinheit stellt eine Totzeit ein, während der beide der zwei Schaltelemente Aus sind, wenn Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente geschaltet werden.
  • Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Motoreinheit den Drehmomentdetektor.
  • Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektrofahrrad die Motoreinheit.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Drehmomentdetektor und dergleichen bereitgestellt werden, die ein Drehmoment mit einer hohen Genauigkeit erfassen können.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 1.
    • [2] 2 ist eine Querschnittsansicht der Umgebung einer Kurbelachse eines Fahrrads, auf die der Drehmomentdetektor gemäß der Ausführungsform 1 angewandt wird.
    • [3] 3 ist eine Draufsicht, welche die Außenform einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Fahrrads zeigt, auf die der Drehmomentdetektor der Ausführungsform 1 angewandt wird.
    • [4] 4 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 1 im Zeitverlauf zeigt.
    • [5] 5 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 2.
    • [6] 6 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß einem Vergleichsbeispiel im Zeitverlauf zeigt.
    • [7] 7 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 2 im Zeitverlauf zeigt.
    • [8] 8 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 3 im Zeitverlauf zeigt.
    • [9] 9 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 4 im Zeitverlauf zeigt.
    • [10] 10 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 5 im Zeitverlauf zeigt.
    • [11] 11 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß einer Variation der Ausführungsform 5 im Zeitverlauf zeigt.
    • [12] 12 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Drehmomentdetektors gemäß der Ausführungsform 6.
    • [13] 13 ist eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads gemäß der Ausführungsform 7.
    • [14] 14 ist eine Querschnittsansicht einer Motoreinheit, die in das Elektrofahrrad gemäß der Ausführungsform 7 einbezogen ist.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Nachstehend werden ein Drehmomentdetektor, eine Motoreinheit und ein Elektrofahrrad gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jede der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigt ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Elemente, die Anordnung und Verbindung der Elemente, Schritte, Reihenfolge der Schritte, usw., in den folgenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Daher sind Elemente in den folgenden Ausführungsformen, die nicht in irgendeinem der unabhängigen Ansprüche genannt sind, als optionale Elemente beschrieben.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Zeichnungen schematisch dargestellt sind und nicht notwendigerweise genaue Darstellungen sind. Die Zeichnungen sind daher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Darüber hinaus haben in den Zeichnungen Elemente, die im Wesentlichen identisch sind, gemeinsame Bezugszeichen und eine doppelte Beschreibung derselben ist weggelassen oder vereinfacht.
  • In der vorliegenden Beschreibung drücken Begriffe bzw. Ausdrücke, die Beziehungen zwischen Elementen angeben, wie z.B. „gleich“, Begriffe bzw. Ausdrücke, die Formen von Elementen angeben, und Begriffe bzw. Ausdrücke, die Zahlenbereiche angeben, nicht nur die strenge, wörtliche Bedeutung aus, sondern umfassen auch einen Bereich von wesentlichen Äquivalenten, wie z.B. eine Differenz von wenigen Prozent.
  • [Ausführungsform 1]
  • Zuerst wird der Drehmomentdetektor gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben.
  • [Aufbau]
  • Die 1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Drehmomentdetektors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst ein Drehmoment, das beispielsweise auf eine Kurbelachse eines Fahrrads ausgeübt wird.
  • Die 2 ist eine Querschnittsansicht der Umgebung der Kurbelachse 51 eines Fahrrads, auf die der Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt wird. Kurbeln (nicht gezeigt) sind an beiden Enden der Kurbelachse 51 angebracht und Pedale sind drehbar an den Enden der Kurbeln angebracht. Die Kurbeln und die Kurbelachse 51 werden durch eine menschliche Antriebskraft, die durch den Fahrer des Fahrrads, der die Pedale tritt, ausgeübt wird, zusammen gedreht.
  • Wie es in der 2 gezeigt ist, ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 über einen ersten Keilverzahnungsabschnitt 52 mit der Kurbelachse 51 verbunden. Das Drehmoment, das auf die Kurbelachse 51 ausgeübt wird, wird über den ersten Keilverzahnungsabschnitt 52 auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 übertragen. Das auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 übertragene Drehmoment wird ferner auf den zweiten Keilverzahnungsabschnitt 53, den Sperrklinkenabschnitt 54 und das Ritzel 55 in der angegebenen Reihenfolge übertragen. Eine Kette (nicht gezeigt), die mit einem Hinter- oder Vorderrad verbunden ist, ist um das Ritzel 55 geführt. Das auf das Ritzel 55 übertragene Drehmoment bewirkt eine Drehung des Ritzels 55, das eine Drehung des Hinter- oder Vorderrads mittels der Kette bewirkt, wodurch das Fahrrad vorwärtsbewegt wird.
  • Der Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein magnetostriktiver Drehmomentdetektor, der das Drehmoment erfasst, das in der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 erzeugt wird. Anders ausgedrückt ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 der Erfassungsgegenstand des Drehmomentdetektors 1. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 ist ein Beispiel für eine zylindrische oder runde röhrenförmige Drehmomentübertragungseinrichtung, die einen magnetostriktiven Abschnitt auf der Außenoberfläche umfasst.
  • Der Erfassungsgegenstand des Drehmomentdetektors 1 ist nicht auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 beschränkt; der Erfassungsgegenstand kann ein Teil eines anderen sich bewegenden Gegenstands, wie z.B. eines Kraftfahrzeugs, ein Teil einer Industriemaschine bzw. eines industriellen Geräts bzw. einer gewerblichen Maschine bzw. eines gewerblichen Geräts, wie z.B. eines Messgeräts oder einer Herstellungsanlage, oder ein Teil eines Verbraucherelektronikgeräts, wie z.B. eines Haushaltsgeräts, sein.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst der Drehmomentdetektor 1 eine Brückenschaltung 10, einen Stromversorgungsschaltkreis 20, eine Mikrosteuereinheit (MCU) 30, einen Differenzverstärker 40 und einen Kondensator C.
  • Die Brückenschaltung 10 umfasst einen Parallelschaltkreis aus einer ersten Spule L1 und einem ersten Widerstand R1, die in Reihe verbunden sind, und einer zweiten Spule L2 und einem zweiten Widerstand R2, die in Reihe verbunden sind. Die Brückenschaltung 10 umfasst einen ersten Anschluss 11, einen zweiten Anschluss 12, einen dritten Anschluss 13 und einen vierten Anschluss 14.
  • Der erste Anschluss 11 ist mit dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 verbunden. Der zweite Anschluss 12 ist mit dem einen Ende des Kondensators C verbunden. Der dritte Anschluss 13 ist ein Verbindungspunkt der ersten Spule L1 und des ersten Widerstands R1. Der vierte Anschluss 14 ist ein Verbindungspunkt der zweiten Spule L2 und des zweiten Widerstands R2. Der dritte Anschluss 13 und der vierte Anschluss 14 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen des Differenzverstärkers 40 verbunden.
  • Die erste Spule L1 ist zwischen dem ersten Anschluss 11 und dem dritten Anschluss 13 verbunden. Die zweite Spule L2 ist zwischen dem ersten Anschluss 11 und dem vierten Anschluss 14 verbunden. Anders gesagt ist ein Ende der ersten Spule L1 mit einem Ende der zweiten Spule L2 verbunden und die verbundenen Enden sind elektrisch mit dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 verbunden.
  • Der erste Widerstand R1 ist zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem zweiten Anschluss 12 verbunden. Der zweite Widerstand R2 ist zwischen dem vierten Anschluss 14 und dem zweiten Anschluss 12 verbunden. Anders ausgedrückt ist ein Ende des ersten Widerstands R1 mit einem Ende des zweiten Widerstands R2 verbunden und die verbundenen Enden sind mit einem Ende des Kondensators C verbunden.
  • Der Induktivitätswert der ersten Spule L1 und der Induktivitätswert der zweiten Spule L2 sind beispielsweise identisch. Der Widerstandswert des ersten Widerstands R1 und der Widerstandswert des zweiten Widerstands R2 sind beispielsweise identisch.
  • Die erste Spule L1 und die zweite Spule L2 sind so bereitgestellt, dass sie verschiedene Abschnitte der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 umgeben, die mit der Kurbelachse 51 verbunden ist. Als nächstes wird die Anordnung der ersten Spule L1 und der zweiten Spule L2 unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben.
  • Die 3 ist eine Draufsicht, welche die Außenform der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 eines Fahrrads zeigt, auf die der Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt wird. Gemäß der 3 wird, wenn eine menschliche Antriebskraft, die in der Vorwärtsrichtung der Bewegung des Fahrrads ausgeübt wird, auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 in der Richtung ausgeübt wird, die durch den Pfeil 60 angegeben ist, eine Reaktionskraft in dem zweiten Keilverzahnungsabschnitt 53 in der Richtung erzeugt, die durch den Pfeil 61 angegeben ist. Dies erzeugt eine einheitliche Torsionsbeanspruchung in der Drehmomentübertragungseinrichtung 56.
  • Wie es in der 3 gezeigt ist, umfasst die Außenoberfläche der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 einen Schlitzreihenabschnitt 57 mit einem Neigungswinkel von 45° und einen Schlitzreihenabschnitt 58 mit einem Neigungswinkel von -45°. Die jeweiligen Neigungswinkel der Schlitzreihenabschnitte 57 und 58 sind die Winkel, welche die Längsrichtung der Schlitze bezüglich einer Bezugslinie einschließt, die sich in der Links-rechts-Richtung (axiale Richtung der Kurbelachse 51) in der Figur erstreckt. Diagonal aufwärts und nach rechts bezogen auf die Bezugslinie entspricht einem positiven Wert.
  • Die Schlitzreihenabschnitte 57 und 58 sind auf dem magnetostriktiven Abschnitt der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 bereitgestellt. Insbesondere sind die Schlitzreihenabschnitte 57 und 58 jeweils auf zueinander verschiedenen Teilen in der axialen Richtung der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 bereitgestellt und sind über die gesamte Umfangsrichtung in ihren jeweiligen Teilen bereitgestellt. Das Bereitstellen der Schlitzreihenabschnitte 57 und 58 teilt die Torsionsbeanspruchung, die in der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 erzeugt wird, in eine Druckbeanspruchung (auf der Seite des Schlitzreihenabschnitts 57) und eine Zugbeanspruchung (auf der Seite des Schlitzreihenabschnitts 58) auf.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Spule L1 und die zweite Spule L2 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen und die Schlitzreihenabschnitte 57 bzw. 58 umgeben. Insbesondere ist die erste Spule L1 so angeordnet, dass sie dem Schlitzreihenabschnitt 57 gegenüberliegt und den Schlitzreihenabschnitt 57 umgibt. Da der Schlitzreihenabschnitt 57 der Schlitzreihenabschnitt ist, welcher der Seite der Druckbeanspruchung entspricht, nimmt die Selbstinduktivität der ersten Spule L1 aufgrund der Abnahme der Permeabilität ab. Die zweite Spule L2 ist so angeordnet, dass sie dem Schlitzreihenabschnitt 58 gegenüberliegt und den Schlitzreihenabschnitt 58 umgibt. Da der Schlitzreihenabschnitt 58 der Schlitzreihenabschnitt ist, welcher der Seite der Zugbeanspruchung entspricht, nimmt die Selbstinduktivität der zweiten Spule L2 aufgrund der Zunahme der Permeabilität zu.
  • Wenn die Selbstinduktivität der ersten Spule L1 abnimmt, nimmt die Menge des Stroms, der durch die erste Spule L1 fließt, ab, wodurch das Potenzial des dritten Anschlusses 13 abnimmt. Wenn die Selbstinduktivität der zweiten Spule L2 zunimmt, nimmt die Menge des Stroms, der durch die zweite Spule L2 fließt, zu, wodurch das Potenzial des vierten Anschlusses 14 zunimmt. Folglich verändert sich, wenn ein Drehmoment in der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 erzeugt wird, die Menge des Stroms, der durch jede der ersten Spule L1 und der zweiten Spule L2 fließt, und das Potenzial von jedem des dritten Anschlusses 13 und des vierten Anschlusses 14 ändert sich. Daher kann das Drehmoment durch Erfassen der Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14 erfasst werden.
  • Die erste Spule L1 und die zweite Spule L2 werden mit einem Sensoransteuerungsstrom I versorgt, der von dem Stromversorgungsschaltkreis 20 ausgegeben wird, wie es in der 1 gezeigt ist. Der Sensoransteuerungsstrom I wird an dem ersten Anschluss 11 in den ersten Spulenstrom I1 und den zweiten Spulenstrom I2 aufgeteilt. Der erste Spulenstrom I1 fließt durch die erste Spule L1 und den ersten Widerstand R1 und der zweite Spulenstrom I2 fließt durch die zweite Spule L2 und den zweiten Widerstand R2. Der erste Spulenstrom I1 und der zweite Spulenstrom I2 vereinigen sich an dem zweiten Anschluss 12 und fließen durch den Kondensator C zur Erdung.
  • Der Sensoransteuerungsstrom I, der erste Spulenstrom I1 und der zweite Spulenstrom I2 können in der entgegengesetzten Richtung als regenerative Ströme zu dem Stromversorgungsschaltkreis 20 fließen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Stromwert des Stroms, der von dem Stromversorgungsschaltkreis 20 zu dem Kondensator C fließt, ein positiver Wert, und der Stromwert des Stroms, der von dem Kondensator C zu dem Stromversorgungsschaltkreis 20 fließt, ist ein negativer Wert.
  • Der Stromversorgungsschaltkreis 20 ist ein Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreis, der der Brückenschaltung 10 eine erste Spannung zuführt. Der Stromversorgungsschaltkreis 20 gibt einen Strom aus, der den magnetostriktiven Abschnitt der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 zu der ersten Spule L1 und der zweiten Spule L2 erregt.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst der Stromversorgungsschaltkreis 20 zwei Schaltelemente SW1 und SW2. Die zwei Schaltelemente SW1 und SW2 sind in Reihe miteinander verbunden und sind zwischen der Stromversorgungsspannung Vcc und der Erdung verbunden. Der Verbindungspunkt des Schaltelements SW1 und des Schaltelements SW2 ist der Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20, der mit der Brückenschaltung 10 verbunden ist. Eine erste Spannung, die das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 als Spannungswert aufweist, wird der Brückenschaltung 10 zugeführt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die zwei Schaltelemente SW1 und SW2 Feldeffekttransistoren (FETs). Insbesondere ist das Schaltelement SW1 ein P-Kanal-Metalloxidhalbleiter-FET (MOSFET) des Anreicherungstyps und das Schaltelement SW2 ist ein N-Kanal-MOSFET des Anreicherungstyps. Die Schaltelemente SW1 und SW2 werden durch Steuersignale, die ihren jeweiligen Steueranschlüssen (Gates) zugeführt werden, jeweils zwischen leitenden (Ein) und nicht-leitenden (Aus) Zuständen geschaltet. Das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 ändert sich im Zeitverlauf gemäß den Ein/Aus-Zuständen der zwei Schaltelemente SW1 und SW2. Anders ausgedrückt kann der Stromversorgungsschaltkreis 20 eine erste Spannung, deren Spannungswert sich im Zeitverlauf ändert, erzeugen und der Brückenschaltung 10 zuführen. Der maximale Wert der ersten Spannung ist beispielsweise der maximale Wert der Stromversorgungsspannung Vcc.
  • Jedes der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 kann jedwedes Element sein, solange das Element zwischen leitenden und nicht-leitenden Zuständen schalten kann. Beide der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 können P-Kanal-MOSFETs des Anreicherungstyps sein. Alternativ können beide der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 N-Kanal-MOSFETs des Anreicherungstyps sein. Darüber hinaus kann mindestens eines der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 ein MOSFET des Verarmungstyps sein. Mindestens eines der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 kann ein Bipolartransistor sein. Eine Diode zur Stromregeneration kann parallel zu dem Bipolartransistor verbunden sein.
  • Der Kondensator C ist mit der Brückenschaltung 10 verbunden. Insbesondere ist der Kondensator C in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 und der Erdung mit der Brückenschaltung 10 verbunden. Ganz besonders bevorzugt ist der Kondensator C mit dem zweiten Anschluss 12 der Brückenschaltung 10 und mit der Erdung verbunden. Der Kondensator C ist ein Gleichstromblockierender Kondensator, der die Gleichstromkomponente des Spulenstroms blockiert, der von dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 durch die erste Spule L1 und die zweite Spule L2 der Brückenschaltung 10 zu der Erdung fließt.
  • Der Kondensator C hält eine zweite Spannung. Die zweite Spannung ist die Hälfte des Spannungswerts der Stromversorgungsspannung Vcc. Der Kondensator C ist beispielsweise ein Elektrolytkondensator oder ein Keramikkondensator, jedoch ist die Art des verwendeten Kondensators nicht speziell beschränkt.
  • Der Kondensator C kann zwischen dem Stromversorgungsschaltkreis 20 und der Brückenschaltung 10 bereitgestellt sein. Insbesondere kann ein Ende des Kondensators C mit dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 verbunden sein und das andere Ende kann mit dem ersten Anschluss 11 der Brückenschaltung 10 verbunden sein. In solchen Fällen kann der zweite Anschluss 12 der Brückenschaltung 10 direkt mit der Erdung verbunden sein.
  • Der Drehmomentdetektor 1 kann eine Mehrzahl von Kondensatoren C umfassen. Die Mehrzahl von Kondensatoren C können alle zwischen der Brückenschaltung 10 und der Erdung verbunden sein. Alternativ können die Mehrzahl von Kondensatoren C alle zwischen dem Stromversorgungsschaltkreis 20 und der Brückenschaltung 10 verbunden sein. Darüber hinaus kann ein oder können mehrere Kondensator(en) C zwischen der Brückenschaltung 10 und der Erdung verbunden sein, und ein oder mehrere andere(r) Kondensator(en) kann oder können zwischen dem Stromversorgungsschaltkreis 20 und der Brückenschaltung 10 verbunden sein.
  • Die MCU 30 steuert den Betrieb des Drehmomentdetektors 1. Insbesondere umfasst die MCU 30 einen nicht-flüchtigen Speicher, der ein Programm speichert, einen flüchtigen Speicher, der ein temporärer Speicherbereich zum Ausführen des Programms ist, einen Eingang/Ausgang-Kanal und einen Prozessor zum Ausführen des Programms.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst die MCU 30 die Ansteuereinheit 31 und die Signalverarbeitungseinheit 32. Die Funktionen, die durch die Ansteuereinheit 31 und die Signalverarbeitungseinheit 32 durchgeführt werden, werden durch eine Software beispielsweise durch einen Prozessor, der ein Programm ausführt, realisiert, können jedoch auch durch eine spezielle Hardware realisiert werden.
  • Die Ansteuereinheit 31 erzeugt die erste Spannung in dem Stromversorgungsschaltkreis 20 durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente SW1 und SW2. Insbesondere steuert die Ansteuereinheit 31 die Ein/Aus-Zustände der Schaltelemente SW1 und SW2 durch Ändern der Signalniveaus der Steuersignale, die den jeweiligen Gates der Schaltelemente SW1 und SW2 zugeführt werden, im Zeitverlauf. Der Betrieb der Ansteuereinheit 31 wird später unter Bezugnahme auf die 4 detaillierter beschrieben.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 32 erfasst das Drehmoment auf der Basis der Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Signalverarbeitungseinheit 32 das Drehmoment auf der Basis des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 40, an den die Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14 als Eingangssignal angelegt wird. Beispielsweise ist in dem Speicher der MCU 30 eine Tabelle oder Funktion gespeichert, die das Signalniveau des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 40 der Größe des Drehmoments zuordnet. Die Signalverarbeitungseinheit 32 berechnet die Größe des Drehmoments auf der Basis des Signalniveaus des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 40 durch Bezugnahme auf die Tabelle oder durch Berechnen der Funktion. Die Signalverarbeitungseinheit 32 gibt ein Signal, das die Größe des berechneten Drehmoments angibt, an eine externe Vorrichtung (wie z.B. die Motoreinheit eines Elektrofahrrads) aus.
  • Der Differenzverstärker 40 verstärkt die Potenzialdifferenz (Spannung) zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14 und gibt diese aus. Der Differenzverstärker 40 ist beispielsweise ein Operationsverstärker. Der invertierende Eingangsanschluss (-) des Operationsverstärkers ist mit dem dritten Anschluss 13 verbunden und der nicht-invertierende Eingangsanschluss (+) ist mit dem vierten Anschluss 14 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers ist mit der MCU 30 verbunden.
  • Das Bereitstellen des Differenzverstärkers 40 ermöglicht das Verstärken der Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14, was die Genauigkeit der Erfassung des Drehmoments durch die Signalverarbeitungseinheit 32 verbessert. Es sollte beachtet werden, dass der Drehmomentdetektor 1 den Differenzverstärker 40 nicht umfassen muss. Der dritte Anschluss 13 und der vierte Anschluss 14 können direkt mit der MCU 30 verbunden sein.
  • [Betrieb]
  • Als nächstes wird der Betrieb des Drehmomentdetektors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. Die 4 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt. Die 4 zeigt einen Fall, bei dem der Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc 3,3 V beträgt. Der Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc ist nicht auf 3,3 V beschränkt und kann beispielsweise 5 V oder jedweder andere Wert sein.
  • In der 4 zeigt (a) die Änderung der zweiten Spannung (Kondensatorspannung), die im Kondensator C akkumuliert ist, im Zeitverlauf. Wie es in (a) in der 4 gezeigt ist, ändert sich die zweite Spannung im Zeitverlauf geringfügig, hält jedoch etwa den gleichen Spannungswert. Insbesondere ist der Spannungswert der zweiten Spannung, die im Kondensator C akkumuliert ist, die Hälfte des Spannungswerts der ersten Spannung, die der Brückenschaltung 10 durch den Stromversorgungsschaltkreis 20 zugeführt wird. Insbesondere ist der Spannungswert der zweiten Spannung die Hälfte der Stromversorgungsspannung Vcc (3,3 V) und wird bei etwa 1,65 V gehalten.
  • In der 4 zeigt (b) die Änderung des ersten Spulenstroms I1 (oder des zweiten Spulenstroms 12), der durch die erste Spule L1 (oder die zweite Spule L2) fließt, im Zeitverlauf. Der erste Spulenstrom I1 und der zweite Spulenstrom I2 weisen den gleichen Wert auf, wenn kein Drehmoment auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 ausgeübt wird.
  • Sowohl der erste Spulenstrom I1 als auch der zweite Spulenstrom I2 erreichen zu dem Zeitpunkt einen minimalen Wert, wenn das Schaltelement SW2 von Ein zu Aus wechselt, und beginnen ausgehend von dem minimalen Wert zuzunehmen. Ferner erreichen sowohl der erste Spulenstrom I1 als auch der zweite Spulenstrom l2 zu dem Zeitpunkt einen maximalen Wert, wenn das Schaltelement SW1 von Aus zu Ein und dann wieder zu Aus wechselt, und beginnen ausgehend von dem maximalen Wert abzunehmen. Sowohl der erste Spulenstrom I1 als auch der zweite Spulenstrom I2 erreichen zu dem Zeitpunkt einen minimalen Wert, wenn das Schaltelement SW2 von Aus zu Ein und dann wieder zu Aus schaltet, und beginnen ausgehend von dem minimalen Wert abzunehmen. Es sollte beachtet werden, dass der minimale Wert des ersten Spulenstroms I1 und des zweiten Spulenstroms I2 negativ ist und dem maximalen Wert des Stroms entspricht, der in der entgegengesetzten Richtung (von dem Kondensator C zu dem Stromversorgungsschaltkreis 20) in der ersten Spule L1 und der zweiten Spule L2 fließt.
  • In der 4 zeigt (c) die Änderung des Sensoransteuerungsstroms I, der von dem Stromversorgungsschaltkreis 20 zugeführt wird, im Zeitverlauf. Der Sensoransteuerungsstrom I ist äquivalent zu der Summe des ersten Spulenstroms I1 und des zweiten Spulenstroms 12. Der Sensoransteuerungsstrom I ist auch äquivalent zu der Summe des Schaltstroms, der durch das Schaltelement SW1 fließt, und des Schaltstroms, der durch das Schaltelement SW2 fließt, wie es in (d) in der 4 gezeigt ist.
  • In der 4 zeigt (d) die Änderungen des Schaltstroms, der durch die Schaltelemente SW1 und SW2 fließt, im Zeitverlauf. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Zeitraum, während dem das Schaltelement SW1 Ein ist (der erste EIN-Zeitraum), einen Regenerationszeitraum. Insbesondere fließt, wie es in (d) in der 4 gezeigt ist, in dem Regenerationszeitraum ein regenerativer Strom in der umgekehrten Richtung relativ zu dem Schaltelement SW1. Das Gleiche gilt für das Schaltelement SW2.
  • Der Regenerationszeitraum ist der Zeitraum ab dann, wenn der Schaltstrom der negative maximale Wert ist, bis der Schaltstrom 0 mA erreicht. Insbesondere beginnt der Regenerationszeitraum des Schaltelements SW1 ab der Zeit, wenn das Schaltelement SW2 ausgeschaltet ist (d.h., ab dem Beginn der Totzeit).
  • In der vorliegenden Ausführungsform führt die Ansteuereinheit 31 ein Null-Volt-Schalten durch, bei dem das Schaltelement SW1 während des Regenerationszeitraums Ein geschaltet ist. Da der Schaltkreisverlust in dem Regenerationszeitraum, während dem der regenerative Strom zu dem Schaltelement SW1 fließt, niedrig ist, kann durch Schalten während des Regenerationszeitraums Energie gespart werden. Da das Durchführen des Null-Volt-Schaltens eine Wärmeerzeugung in dem Stromversorgungsschaltkreis 20 verhindert, kann ein Schalten bei einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann ein Hochfrequenzbetrieb des Stromversorgungsschaltkreises 20 erreicht werden.
  • In der 4 zeigt (e) die Änderungen der Gatespannungen der Schaltelemente SW1 und SW2 im Zeitverlauf. Die Gatespannungen der Schaltelemente SW1 und SW2 werden durch die Ansteuereinheit 31 gesteuert.
  • Wie es in (e) in der 4 gezeigt ist, steuert die Ansteuereinheit 31 die Schaltelemente SW1 und SW2 derart, dass nicht beide gleichzeitig leitend sind (nicht Ein). Anders ausgedrückt ist dann, wenn das Schaltelement SW1 Ein ist, das Schaltelement SW2 Aus, und wenn das Schaltelement SW2 Ein ist, ist das Schaltelement SW1 aus. Der Zeitraum, während dem das Schaltelement SW1 Ein ist (der erste EIN-Zeitraum), und der Zeitraum, während dem das Schaltelement SW2 Ein ist (der zweite EIN-Zeitraum), weisen beispielsweise die gleiche zeitliche Länge auf. Der erste EIN-Zeitraum und der zweite EIN-Zeitraum überlappen nicht. Die Ansteuereinheit 31 steuert die zwei Schaltelemente SW1 und SW2 derart, dass der erste EIN-Zeitraum und der zweite EIN-Zeitraum wiederholt werden.
  • Die Ansteuereinheit 31 stellt eine Totzeit ein, während der beide der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 Aus sind, wenn die Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 geschaltet werden. Insbesondere wird, wie es in (e) in der 4 gezeigt ist, zwischen dem ersten EIN-Zeitraum und dem zweiten EIN-Zeitraum eine Totzeit eingestellt. Die Ansteuereinheit 31 stellt eine Totzeit sowohl für den Übergang von dem ersten EIN-Zeitraum zu dem zweiten EIN-Zeitraum als auch den Übergang von dem zweiten EIN-Zeitraum zu dem ersten EIN-Zeitraum bereit. Die Längen der Mehrzahl von Totzeiten beim Schalten der Ein/Aus-Zustände sind beispielsweise gleich.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schaltzeitraum die Summe des ersten EIN-Zeitraums, während dem das Schaltelement SW1 Ein ist, der Totzeit nach dem ersten EIN-Zeitraum, des zweiten EIN-Zeitraums, während dem das Schaltelement SW2 Ein ist, und der Totzeit nach dem zweiten EIN-Zeitraum. Anders ausgedrückt umfasst ein Schaltzeitraum zwei EIN-Zeiträume und zwei Totzeiten. Die Ansteuereinheit 31 wiederholt das Ein/AusSchalten jedes der Schaltelemente SW1 und SW2 durch kontinuierliches Wiederholen des Schaltzeitraums.
  • Die Totzeit ist beispielsweise ein Zeitraum, der kürzer ist als einer des ersten EIN-Zeitraums oder des zweiten EIN-Zeitraums. Beispielsweise ist die Totzeit ein Zeitraum, der kürzer ist als beispielsweise der erste EIN-Zeitraum (oder der zweite EIN-Zeitraum), jedoch kann es ein Zeitraum von weniger als 1/4 oder weniger als 1/10 des ersten EIN-Zeitraums (oder des zweiten EIN-Zeitraums) sein. Alternativ kann die Totzeit ein Zeitraum sein, der länger als der erste EIN-Zeitraum ist oder mit diesem identisch ist, und sie kann kürzer sein als die Summe des ersten EIN-Zeitraums und des zweiten EIN-Zeitraums. Als ein Beispiel beträgt die Totzeit 1,5 % des Schaltzeitraums.
  • Wenn die Totzeit nicht bereitgestellt wird, wird beispielsweise das Schaltelement SW2 gleichzeitig mit dem Ausschalten des Schaltelements SW1 eingeschaltet. Dabei bestehen Bedenken dahingehend, dass beide Schaltelemente SW1 und SW2 Ein sein werden, selbst wenn der zeitliche Ablauf des Ein/Aus-Schaltens der Schaltelemente SW1 und SW2 nur geringfügig versetzt ist. Wenn beide Schaltelemente SW1 und SW2 Ein sind, werden die Stromversorgungsspannung und die Erdung kurzgeschlossen, so dass ein harter Kurzschlussstrom durch beide Schaltelemente SW1 und SW2 von der Stromversorgungsspannung Vcc zur Erdung fließt.
  • Im Gegensatz dazu wird bei dem Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da eine Totzeit bereitgestellt ist, eines der Schaltelemente SW1 und SW2 eingeschaltet, nachdem beide Schaltelemente SW1 und SW2 ausgeschaltet wurden. Dadurch kann die Erzeugung eines harten Kurzschlussstroms verhindert werden. Da dies den Energieverlust vermindern kann, kann der Drehmomentdetektor 1 Energie einsparen und die Größe des Drehmomentdetektors 1 kann vermindert werden.
  • In der 4 zeigt (f) die Änderung des Potenzials des Ausgangsanschlusses 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 im Zeitverlauf. In dem ersten EIN-Zeitraum ist, da das Schaltelement SW1 Ein ist und das Schaltelement SW2 Aus ist, der Ausgangsanschluss 21 elektrisch mit der Stromversorgungsspannung Vcc verbunden. Daher ist in dem ersten EIN-Zeitraum das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 etwa gleich dem Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc (3,3 V).
  • In dem zweiten EIN-Zeitraum ist, da das Schaltelement SW2 Ein ist und das Schaltelement SW1 Aus ist, der Ausgangsanschluss 21 elektrisch mit der Erdung verbunden. Daher ist in dem zweiten EIN-Zeitraum das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 etwa gleich dem Erdungspotenzial (0 V).
  • In der Totzeit kann der Ausgangsanschluss 21 durch den regenerativen Strom beeinflusst werden und einen Wert aufweisen, der größer ist als der Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc (3,3 V) oder kleiner ist als die Erdung (0 V).
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ändern sich dann, wenn ein Drehmoment auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 ausgeübt wird, der erste Spulenstrom I1 und der zweite Spulenstrom I2, die in (b) in der 4 gezeigt sind. Als Ergebnis ändern sich das Potenzial des dritten Anschlusses 13 und das Potenzial des vierten Anschlusses 14, wodurch sich die Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14 ändert. Die Signalverarbeitungseinheit 32 in der MCU 30 kann das Drehmoment auf der Basis der Potenzialdifferenz zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem vierten Anschluss 14 erfassen.
  • [Vorteilhafte Effekte, usw.]
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist der Drehmomentdetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein magnetostriktiver Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment erfasst, das in einem Erfassungsgegenstand erzeugt wird, und umfasst: eine Brückenschaltung 10, der einen Parallelschaltkreis aus einer ersten Spule L1 und einem ersten Widerstand R1, die in Reihe verbunden sind, und einer zweiten Spule L2 und einem zweiten Widerstand R2, die in Reihe verbunden sind, umfasst; einen Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreis 20, der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 umfasst und der Brückenschaltung 10 eine erste Spannung zuführt; einen Kondensator C, der mit der Brückenschaltung 10 verbunden ist und eine zweite Spannung hält; eine Ansteuereinheit 31, die bewirkt, dass der Stromversorgungsschaltkreis 20 die erste Spannung durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 erzeugt; und eine Signalverarbeitungseinheit 32, die das Drehmoment auf der Basis einer Differenz des Potenzials zwischen einem Verbindungspunkt der ersten Spule L1 und des ersten Widerstands R1 und einem Verbindungspunkt der zweiten Spule L2 und des zweiten Widerstands R2 erfasst. Die Ansteuereinheit 31 stellt eine Totzeit ein, während der beide der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 aus sind, wenn die Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 geschaltet werden.
  • Mit diesem Aufbau können durch Bereitstellen des Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreises 20 und des Kondensators C der erste Spulenstrom I1, der durch die erste Spule L1 fließt, und der zweite Spulenstrom I2, der durch die zweite Spule L2 fließt, gleich gemacht werden. Dies hemmt die Vormagnetisierung des Sensors, was die Erfassungsgenauigkeit des Drehmoments erhöht.
  • Darüber hinaus kann durch Bereitstellen einer Totzeit die Erzeugung eines harten Kurzschlussstroms durch die Schaltelemente SW1 und SW2 verhindert werden, was den Energieverlust vermindert. Dadurch kann der Drehmomentdetektor 1 Energie sparen und die Größe des Drehmomentdetektors 1 kann vermindert werden.
  • Zusätzlich können, da der Kondensator C die Hälfte der Stromversorgungsspannung Vcc halten kann, der Stromversorgungsschaltkreis 20 und der Kondensator C eine gemeinsame Stromversorgungsspannung Vcc nutzen. Mit anderen Worten, da der Drehmomentdetektor 1 nur eine Stromversorgungsspannung erfordert, kann die Größe des Drehmomentdetektors 1 vermindert werden und die Kosten des Drehmomentdetektors 1 können gesenkt werden.
  • [Ausführungsform 2]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 2 beschrieben.
  • In der Ausführungsform 2 umfasst der Drehmomentdetektor ferner einen Vorspannungsschaltkreis, der mit dem Kondensator C verbunden ist. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede von der Ausführungsform 1; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • [Aufbau]
  • Die 5 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Drehmomentdetektors 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der 5 gezeigt ist, unterscheidet sich der Drehmomentdetektor 101 von dem Drehmomentdetektor 1, der in der 1 gezeigt ist, dahingehend, dass der Drehmomentdetektor 101 einen Vorspannungsschaltkreis 170 umfasst. Zusätzlich umfasst die MCU 30 des Drehmomentdetektors 101 die Ansteuereinheit 131 anstelle der Ansteuereinheit 31.
  • Der Vorspannungsschaltkreis 170 führt dem Kondensator C eine Gleichstrom-Vorspannung zu. Der Vorspannungsschaltkreis 170 umfasst einen Widerstandsspannungsteiler-Schaltkreis, der den Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc durch Widerstände teilt.
  • Insbesondere umfasst, wie es in der 5 gezeigt ist, der Vorspannungsschaltkreis 170 einen dritten Widerstand R3 und einen vierten Widerstand R4, die in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Ende des dritten Widerstands R3 ist mit der Stromversorgungsspannung Vcc verbunden. Das andere Ende des dritten Widerstands R3 ist mit dem zweiten Anschluss 12 der Brückenschaltung 10 und mit einem Ende des vierten Widerstands R4 verbunden. Der vierte Widerstand R4 ist parallel zu dem Kondensator C verbunden. Insbesondere ist ein Ende des vierten Widerstands R4 mit dem zweiten Anschluss 12 der Brückenschaltung 10 und dem dritten Widerstand R3 verbunden. Das andere Ende des vierten Widerstands R4 ist mit der Erdung verbunden.
  • Eine Spannung von Vcc × R4 / (R3 + R4) wird an beide Enden des Kondensators C als Gleichstrom-Vorspannung angelegt, wobei Vcc der Spannungswert der Stromversorgungsspannung Vcc ist, R3 der Widerstandswert des dritten Widerstands R3 ist und R4 der Widerstandswert des vierten Widerstands R4 ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist R3 = R4. Dadurch wird die Hälfte des Spannungswerts der Stromversorgungsspannung Vcc in dem Kondensator C gespeichert.
  • Die Ansteuereinheit 131 der MCU 30 arbeitet in der gleichen Weise wie die Ansteuereinheit 31 gemäß der Ausführungsform 1. In der vorliegenden Ausführungsform verzögert die Ansteuereinheit 131 das Ansteuern des Stromversorgungsschaltkreises 20, d.h., den Beginn des Schaltens, um einen vorgegebenen Zeitraum. Die Ansteuereinheit 131 wartet für einen vorgegebenen Zeitraum, während beide Schaltelemente SW1 und SW2 Aus gehalten werden.
  • Der vorgegebene Zeitraum ist ein Zeitraum, der zur Speicherung der Gleichstrom-Vorspannung in dem Kondensator C erforderlich ist. Die Zeitkonstante τ wird als C × (R4 || R3) ausgedrückt. Wenn der Kapazitätswert des Kondensators C = 3,3 µF und R3 = R4 = 2 kQ, dann ist τ = 3,3 ms. Beispielsweise wartet die Ansteuereinheit 131 für einen Zeitraum von etwa 5τ (etwa 15 ms) als den vorgegebenen Zeitraum. Dadurch kann der Kapazitätswert des Kondensators C bei der Hälfte des Ausmaßes der Stromversorgungsspannung Vcc zu Beginn des Schaltens nach der Bereitschaft stabilisiert werden.
  • [Vorteilhafte Effekte, usw.]
  • Die 6 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen eines Drehmomentdetektors gemäß eines Vergleichsbeispiels im Zeitverlauf zeigt. Die 6 zeigt Änderungen von Merkmalsausmaßen im Zeitverlauf, wenn mit dem Schalten des Stromversorgungsschaltkreises 20 gleichzeitig mit dem Einschalten der Stromversorgung begonnen wird, ohne einen Wartezeitraum einzusetzen. In der 6 zeigt (a) die Änderung des ersten Spulenstroms I1, der durch die erste Spule L1 fließt, oder des zweiten Spulenstroms 12, der durch die zweite Spule L2 fließt, im Zeitverlauf. In der 6 zeigt (b) die Änderung der Spannung über den zwei Enden des Kondensators C (d.h., der Kondensatorspannung) im Zeitverlauf.
  • Wie es in (b) in der 6 gezeigt ist, ist zum Zeitpunkt des Einschaltens der Stromversorgung keine Ladung in dem Kondensator C gespeichert und der Spannungswert des Kondensators C beträgt 0 V. Nach dem Einschalten der Stromversorgung, d.h., nach dem Erzeugen der Stromversorgungsspannung Vcc, steigt der Spannungswert des Kondensators C rasch an und wird dann bei der Hälfte des Spannungswerts der Stromversorgungsspannung Vcc etwa konstant.
  • Da sich der Spannungswert des Kondensators C signifikant ändert, wird der erste Spulenstrom I1 (oder der zweite Spulenstrom 12) zu Beginn des Schaltens auf eine der positiven und der negativen Seite verlagert. In dem Beispiel, das in (a) in der 6 gezeigt ist, wird der Spulenstrom zunächst auf die positive Seite verlagert und stabilisiert sich dann ohne irgendeine positive oder negative Verlagerung, wenn sich der Spannungswert des Kondensators C stabilisiert. In (a) in der 6 ist das maximale Ausmaß der Verlagerung durch Δlx dargestellt. Die Verlagerung des Spulenstroms ist eine Ursache der Vormagnetisierung.
  • Die 7 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt. Die 7 zeigt Änderungen von Merkmalsausmaßen im Zeitverlauf, wenn mit dem Schalten des Stromversorgungsschaltkreises 20 nach einem Wartezeitraum (z.B. 20 ms) nach dem Einschalten der Stromversorgung begonnen wird. In der 7 zeigt (a) die Änderung des ersten Spulenstroms 11, der durch die erste Spule L1 fließt, oder des zweiten Spulenstroms I2, der durch die zweite Spule L2 fließt, im Zeitverlauf. In der 7 zeigt (b) die Änderung der Spannung über den zwei Enden des Kondensators C (d.h., der Kondensatorspannung) im Zeitverlauf.
  • Wie es in (b) in der 7 gezeigt ist, wird die Hälfte des Spannungswerts der Stromversorgungsspannung Vcc aufgrund des Wartezeitraums in dem Kondensator C gehalten. Anders ausgedrückt ist zu Beginn des Schaltens die Spannung über beiden Enden des Kondensators C stabil.
  • In diesem Fall ist, wie es in (a) in der 7 gezeigt ist, obwohl der erste Spulenstrom I1 (oder der zweite Spulenstrom I2) zu Beginn des Schaltens geringfügig auf eine der positiven und der negativen Seite verlagert ist, das maximale Ausmaß der Verlagerung ΔI geringer als Δlx in (a) in der 6. Darüber hinaus ist der Zeitraum der Verlagerung kurz und der Spulenstrom wird rasch stabilisiert. Daher kann eine Vormagnetisierung des Sensors beim Einschalten verhindert werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, umfasst der Drehmomentdetektor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Vorspannungsschaltkreis 170, der dem Kondensator C eine Gleichstrom-Vorspannung zuführt.
  • Wie es in der 6 und der 7 gezeigt ist, kann dies eine Vormagnetisierung während des Einschaltens verhindern und die Genauigkeit der Drehmomenterfassung erhöhen.
  • [Ausführungsform 3]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 3 beschrieben.
  • In der Ausführungsform 3 ist die Länge der Totzeit variabel. Insbesondere wird in der Ausführungsform 3 eine längere Totzeit zu Beginn des Schaltens in dem Drehmomentdetektor eingestellt. Das Einstellen einer längeren Totzeit zu Beginn des Schaltens wird als „Langsamstartfunktion“ bezeichnet.
  • Da der Aufbau des Drehmomentdetektors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Aufbau identisch ist, der in der Ausführungsform 1 oder 2 beschrieben ist, wird in der nachstehenden Beschreibung der Aufbau des Drehmomentdetektors 101 gemäß der Ausführungsform 2 verwendet, der in der 5 gezeigt ist. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zu der Ausführungsform 1 oder 2; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • Die 8 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt.
  • In der 8 zeigt (a) die Änderung der Spannung über die zwei Enden des Kondensators C (d.h., der Kondensatorspannung) im Zeitverlauf. Wie in der Ausführungsform 2 zeigt (a) in der 8 auch ein Beispiel, bei dem mit dem Schalten begonnen wird, nachdem eine Ladung durch den Vorspannungsschaltkreis 170 in dem Kondensator C akkumuliert worden ist. Der Wartezeitraum nach dem Einschalten der Stromversorgung beträgt beispielsweise 20 ms.
  • In der 8 zeigt (b) die Änderung des ersten Spulenstroms I1, der durch die erste Spule L1 fließt, oder des zweiten Spulenstroms I2, der durch die zweite Spule L2 fließt, im Zeitverlauf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verlagerung des Spulenstroms auf eine der positiven und der negativen Seite im Wesentlichen beseitigt.
  • In der 8 zeigen (c) und (d) die Änderungen der Ansteuerspannung (Gatespannung) der Schaltelemente SW1 bzw. SW2 im Zeitverlauf. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in einem ersten Zeitraum, der ab dem Zeitpunkt beginnt, wenn mit dem Schalten der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 begonnen wird (d.h., ab dem Beginn des Schaltens), so ein, dass sie länger ist als die Totzeit in einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum.
  • Der erste Zeitraum ist der Zeitraum, der in (c) und (d) in der 8 gezeigt ist, und ist der Zeitraum nach dem Beginn des Schaltens (1,0 ms). Beispielsweise ist der erste Zeitraum ein Zeitraum größer als oder gleich wenige Millisekunden und kleiner als oder gleich wenige zehn Millisekunden, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Der zweite Zeitraum ist ein Zeitraum nach dem ersten Zeitraum, der in der 8 gezeigt ist, und ist ein Zeitraum eines normalen Betriebs. Insbesondere ist der zweite Zeitraum ein Zeitraum, wenn die Kondensatorspannung stabil ist.
  • Beispielsweise stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem ersten Zeitraum so ein, dass sie mindestens zweimal so lang ist wie die Totzeit in dem zweiten Zeitraum. Es sollte beachtet werden, dass die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem ersten Zeitraum so einstellen kann, dass sie mindestens viermal so lang ist wie die Totzeit in dem zweiten Zeitraum oder mindestens zehnmal so lang ist wie die Totzeit in dem zweiten Zeitraum. In dem Beispiel, das in der 8 gezeigt ist, stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem ersten Zeitraum auf 25 % des Schaltzeitraums (= erster EIN-Zeitraum + Totzeit + zweiter EIN-Zeitraum + Totzeit) ein. Die Ansteuereinheit 131 stellt die Totzeit in dem zweiten Zeitraum auf 1,5 % des Schaltzeitraums ein.
  • Beispielsweise weist die Mehrzahl von Totzeiten, die in den ersten Zeitraum einbezogen sind, die gleiche Länge auf. Anders ausgedrückt hält die Ansteuereinheit 131 die Totzeiten in dem ersten Zeitraum bei einer einheitlichen Länge. Alternativ kann die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem ersten Zeitraum von einem längeren Wert zu einem kürzeren Wert allmählich vermindern. Die minimale Totzeit in dem ersten Zeitraum ist ein Zeitraum, der länger ist als die Totzeit in dem zweiten Zeitraum.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, stellt die Ansteuereinheit 131 in dem Drehmomentdetektor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Totzeit in dem ersten Zeitraum beginnend mit dem Beginn des Schaltens der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 so ein, dass sie länger ist als die Totzeit in dem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum.
  • Dies ermöglicht durch Einstellen einer längeren Totzeit zu Beginn des Schaltens, dass die Verlagerung des Spulenstroms stärker verhindert wird. Dadurch kann die Vormagnetisierung des Sensors zu Beginn des Schaltens verhindert werden.
  • [Ausführungsform 4]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 4 beschrieben.
  • In der Ausführungsform 4 ist die Länge der Totzeit wie in der Ausführungsform 3 variabel. Insbesondere wird in der Ausführungsform 4 eine längere Totzeit am Ende des Schaltens in dem Drehmomentdetektor eingestellt. Das Einstellen einer längeren Totzeit am Ende des Schaltens wird als „Langsam-Aus-Funktion“ bezeichnet.
  • Da der Aufbau des Drehmomentdetektors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Aufbau identisch ist, der in der Ausführungsform 1 oder 2 beschrieben ist, wird der Aufbau des Drehmomentdetektors 101 gemäß der Ausführungsform 2, der in der 5 gezeigt ist, in der nachstehenden Beschreibung verwendet. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 3; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • Die 9 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt. In der 9 ist die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt. Die Gatespannung des Schaltelements SW1, die Gatespannung des Schaltelements SW2 und der Spulenstrom sind auf der vertikalen Achse dargestellt. Der Spulenstrom ist der erste Spulenstrom I1 oder der zweite Spulenstrom I2.
  • In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in einem dritten Zeitraum ein, der am Ende des Schaltens der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 endet (d.h., am Ende des Schaltens endet), so ein, dass sie länger ist als die Totzeit in einem vierten Zeitraum vor dem dritten Zeitraum. Der dritte Zeitraum ist der Zeitraum nach der Zeit des Beginns des Stoppens des Schaltens, wie es in der 9 gezeigt ist. Die Zeit des Endes des dritten Zeitraums ist die Zeit des Endes des Schaltens. Der vierte Zeitraum ist der Zeitraum vor der Zeit des Beginns des Stoppens des Schaltens.
  • Beispielsweise stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem dritten Zeitraum so ein, dass sie mindestens zweimal so lang ist wie die Totzeit in dem vierten Zeitraum. Es sollte beachtet werden, dass die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem dritten Zeitraum so einstellen kann, dass sie mindestens viermal so lang ist wie die Totzeit in dem vierten Zeitraum, oder mindestens zehnmal so lang ist wie die Totzeit in dem vierten Zeitraum. In dem Beispiel, das in der 9 gezeigt ist, stellt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem dritten Zeitraum auf 25 % des Schaltzeitraums (= erster EIN-Zeitraum + Totzeit + zweiter EIN-Zeitraum + Totzeit) ein. Die Ansteuereinheit 131 stellt die Totzeit in dem vierten Zeitraum auf 1,5 % des Schaltzeitraums ein.
  • Beispielsweise weist die Mehrzahl von Totzeiten, die in den dritten Zeitraum einbezogen sind, die gleiche Länge auf. Anders ausgedrückt hält die Ansteuereinheit 131 die Totzeiten in dem dritten Zeitraum bei einer einheitlichen Länge aufrecht. Alternativ kann die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem dritten Zeitraum von einem kürzeren Wert zu einem längeren Wert allmählich erhöhen. Die maximale Totzeit in dem dritten Zeitraum ist ein Zeitraum, der kürzer ist als die Totzeit in dem vierten Zeitraum.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, stellt in dem Drehmomentdetektor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ansteuereinheit 131 die Totzeit in dem dritten Zeitraum, der am Ende des Schaltens der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 endet, so ein, dass sie länger ist als die Totzeit in dem vierten Zeitraum vor dem dritten Zeitraum.
  • Dadurch kann der Spitzenwert des Spulenstroms in dem dritten Zeitraum allmählich vermindert werden, wie es in der 9 gezeigt ist. Wenn das Schalten unmittelbar zur Zeit des Beginns des Stoppens des Schaltens gestoppt werden würde, würde das Schalten enden, während der Spulenstrom stark auf eine Seite verlagert ist. Anders ausgedrückt, da das Schalten enden würde, während ein Impulsstrom auf einer der positiven und der negativen Seite erzeugt wird, würde in dem Sensor eine Vormagnetisierung auftreten.
  • Im Gegensatz dazu kann durch Bereitstellen eines dritten Zeitraums, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird, der Spitzenwert allmählich vermindert werden, was den Spitzenwert des Impulsstroms vermindert, der zur Zeit des Stoppens des Schaltens erzeugt wird, wodurch die Vormagnetisierung des Sensors verhindert wird, wenn das Schalten gestoppt wird.
  • [Ausführungsform 5]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 5 beschrieben.
  • In der Ausführungsform 5 ist die Länge der Totzeit wie in den Ausführungsformen 3 und 4 variabel. Insbesondere wird in der Ausführungsform 5 die Totzeit in der Mitte der Erfassung des Drehmoments durch den Drehmomentdetektor zyklisch geändert. Da der Aufbau des Drehmomentdetektors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Aufbau identisch ist, der in der Ausführungsform 1 oder 2 beschrieben ist, wird der Aufbau des Drehmomentdetektors 101 gemäß der Ausführungsform 2, der in der 5 gezeigt ist, in der nachstehenden Beschreibung verwendet. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 4; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • Die 10 ist ein Graph, der Änderung von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt. In der 10 ist die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt. Die Gatespannung des Schaltelements SW1, die Gatespannung des Schaltelements SW2 und der Spulenstrom sind auf der vertikalen Achse dargestellt. Der Spulenstrom ist der erste Spulenstrom I1 oder der zweite Spulenstrom 12.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ändert die Ansteuereinheit 131 die Totzeit zyklisch. Die Ansteuereinheit 131 umfasst eine Zeitgeberfunktion.
  • Beispielsweise ändert die Ansteuereinheit 131 die Totzeit derart zyklisch, dass ein Erfassungszeitraum, in dem das Drehmoment erfasst wird, und ein Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, wiederholt werden. Insbesondere wiederholt, wie es in der 10 gezeigt ist, die Ansteuereinheit 131 den Erfassungszeitraum und den Abnahmezeitraum, der ein Beispiel des Unterbrechungszeitraums ist, als einen Zyklus. Die Wiederholungsfrequenz liegt beispielsweise zwischen 100 Hz und wenigen kHz, einschließlich. Anders ausgedrückt beträgt ein Zyklus zwischen 0,1 ms und 10 ms, einschließlich.
  • Der Erfassungszeitraum und der Abnahmezeitraum weisen beispielsweise die gleiche Länge auf, können jedoch verschiedene Längen aufweisen. Wenn der Erfassungszeitraum länger als der Abnahmezeitraum ist, ist der Zeitraum, während dem das Drehmoment erfasst werden kann, länger, so dass das Drehmoment mit einer höheren Genauigkeit erfasst werden kann. Wenn der Erfassungszeitraum kürzer ist als der Abnahmezeitraum, kann Energie gespart werden.
  • Die Länge der Totzeit in dem Abnahmezeitraum ändert sich im Zeitverlauf. Insbesondere lässt die Ansteuereinheit 131 die Totzeit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ablaufen. Der minimale Wert des vorgegebenen Bereichs ist ein Wert, der länger ist als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum. Die Totzeitabläufe können nur inkremental, nur dekremental, inkremental und dekremental oder eine Mehrzahl von Iterationen von inkremental und dekremental sein. Es sollte beachtet werden, dass die Mehrzahl von Totzeiten, die in den Abnahmezeitraum einbezogen sind, eine einheitliche Länge aufweisen können.
  • Der Abnahmezeitraum kann auch einen Stoppzeitraum umfassen, in dem das Schalten vollständig gestoppt ist. Insbesondere kann, wie es in der 11 gezeigt ist, die Ansteuereinheit 131 die Totzeit derart zyklisch ändern, dass in der angegebenen Reihenfolge der Erfassungszeitraum, ein erster Abnahmezeitraum, der Stoppzeitraum und ein zweiter Abnahmezeitraum wiederholt werden. Die 11 ist ein Graph, der Änderungen von Merkmalsausmaßen des Drehmomentdetektors 101 gemäß einer Variation der vorliegenden Ausführungsform im Zeitverlauf zeigt. Ein Zyklus umfasst einen Erfassungszeitraum, einen ersten Abnahmezeitraum, einen Stoppzeitraum und einen zweiten Abnahmezeitraum. Die Wiederholungsfrequenz liegt beispielsweise zwischen 100 Hz und wenigen kHz, einschließlich. Anders ausgedrückt beträgt ein Zyklus zwischen 0,1 ms und 10 ms, einschließlich.
  • Der erste Abnahmezeitraum ist ein Zeitraum unmittelbar nach dem Erfassungszeitraum und ist ein Beispiel eines ersten Unterbrechungszeitraums, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum. Der zweite Abnahmezeitraum ist ein Zeitraum unmittelbar vor dem Erfassungszeitraum und ist ein Beispiel eines zweiten Unterbrechungszeitraums, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum. Die Totzeit in dem ersten Abnahmezeitraum und die Totzeit in dem zweiten Abnahmezeitraum können die gleiche Länge oder verschiedene Längen aufweisen. Die Ansteuereinheit 131 kann mindestens eine der Totzeit in dem ersten Abnahmezeitraum und der Totzeit in dem zweiten Abnahmezeitraum ablaufen lassen.
  • Der Stoppzeitraum ist ein Zeitraum, in dem das Schalten der Ein/Aus-Zustände von beiden der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 gestoppt ist. Der gesamte Stoppzeitraum kann daher als eine große Totzeit betrachtet werden. Der Stoppzeitraum ist ein Zeitraum, der länger ist als der Schaltzeitraum (= erster EIN-Zeitraum + Totzeit + zweiter EIN-Zeitraum + Totzeit), wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Beispielsweise weisen der Erfassungszeitraum, der erste Abnahmezeitraum, der Stoppzeitraum und der zweite Abnahmezeitraum die gleiche Länge auf, jedoch kann mindestens einer davon unterschiedlich sein. Das Verhältnis zwischen dem Erfassungszeitraum und dem Stoppzeitraum kann so geändert werden, dass die Ausgewogenheit zwischen der Anzahl der Drehmomenterfassungen und dem Energieverbrauch eingestellt wird.
  • [Vorteilhafte Effekte, usw.]
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ändert in dem Drehmomentdetektor 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ansteuereinheit 131 die Totzeit zyklisch.
  • Dies ermöglicht eine Verminderung des Energieverbrauchs.
  • Darüber hinaus ändert beispielsweise die Ansteuereinheit 131 die Totzeit derart zyklisch, dass ein Erfassungszeitraum, in dem das Drehmoment erfasst wird, und ein Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, wiederholt werden.
  • Dies ermöglicht eine Verminderung des Energieverbrauchs. Darüber hinaus kann das Verhältnis zwischen dem Erfassungszeitraum und dem Unterbrechungszeitraum so eingestellt werden, dass die Ausgewogenheit zwischen der Anzahl der Drehmomenterfassungen und dem Energieverbrauch eingestellt wird.
  • Darüber hinaus ändert die Ansteuereinheit 131 beispielsweise die Totzeit derart zyklisch, dass in der angegebenen Reihenfolge ein Erfassungszeitraum, in dem das Drehmoment erfasst wird, ein erster Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, ein Stoppzeitraum, in dem das Schalten der Ein/Aus-Zustände von beiden der zwei Schaltelemente SW1 und SW2 gestoppt ist, und ein zweiter Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, wiederholt werden.
  • Dies ermöglicht eine Verminderung des Energieverbrauchs. Darüber hinaus kann das Verhältnis zwischen dem Erfassungszeitraum, dem Unterbrechungszeitraum und dem Stoppzeitraum so eingestellt werden, dass die Ausgewogenheit zwischen der Anzahl der Drehmomenterfassungen und dem Energieverbrauch eingestellt wird.
  • Beispielsweise besteht dann, wenn die Drehmomentausübung auf die Kurbelachse 51 eines Fahrrads erfasst wird, kein Bedarf zum häufigen Erfassen des Drehmoments, da sich das Drehmoment in Zeiträumen, wenn das Fahrrad nicht fährt, kaum ändert. Daher kann durch Bereitstellen von Unterbrechungs- und Stoppzeiträumen das Drehmoment mit der erforderlichen Häufigkeit erfasst werden und Energie kann eingespart werden.
  • [Ausführungsform 6]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 6 beschrieben.
  • Die Ausführungsform 6 erfasst eine Anomalie in dem Drehmomentdetektor. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 5; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • Die 12 ist ein Schaltkreisdiagramm des Drehmomentdetektors 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der 12 gezeigt ist, unterscheidet sich der Drehmomentdetektor 201 von dem Drehmomentdetektor 101, der in der 5 gezeigt ist, dahingehend, dass der Drehmomentdetektor 201 ein Tiefpassfilter 280 umfasst. Die MCU 30 des Drehmomentdetektors 201 umfasst eine Signalverarbeitungseinheit 232 anstatt einer Signalverarbeitungseinheit 32.
  • Das Tiefpassfilter 280 ist zwischen dem Ausgangsanschluss 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 und der MCU 30 verbunden. Der Tiefpassfilter 280 blockiert Hochfrequenzkomponenten (Wechselstromkomponenten) und lässt niederfrequente Komponenten (Gleichstromkomponenten) durch.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 232 erfasst eine Anomalie in dem Drehmomentdetektor 201 auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt des Stromversorgungsschaltkreises 20 und der Brückenschaltung 10. Insbesondere prüft die Signalverarbeitungseinheit 232 das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 des Stromversorgungsschaltkreises 20 mittels des Tiefpassfilters 280. Wenn der Drehmomentdetektor 201 normal arbeitet, ist, da die Hochfrequenzkomponenten durch den Tiefpassfilter 280 blockiert werden, das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 im Wesentlichen mit der Spannung des Kondensators C (der Kondensatorspannung) identisch. Anders ausgedrückt ist das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 die Hälfte des Werts der Stromversorgungsspannung Vcc.
  • Wenn jedoch, wie es durch das „X“ in der 12 angegeben ist, die Verbindung zwischen der Brückenschaltung 10 und dem Stromversorgungsschaltkreis 20 getrennt wird (beispielsweise wenn das Kabel, das den ersten Anschluss 11 und den Ausgangsanschluss 21 verbindet, getrennt wird), dann wird das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 nicht mehr länger bei der Kondensatorspannung aufrechterhalten. Insbesondere erreicht das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 etwa 0 V.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 232 vergleicht das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 mit einem Schwellenwert. Wenn das Potenzial kleiner als der Schwellenwert oder mit diesem identisch ist, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 232, dass in dem Drehmomentdetektor 201 eine Anomalie aufgetreten ist. Wenn das Potenzial größer als der Schwellenwert ist, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 232, dass der Drehmomentdetektor 201 normal arbeitet (dass eine Anomalie nicht aufgetreten ist).
  • Wenn das Potenzial des Ausgangsanschlusses 21 vor dem Beginn des Schaltens oder während eines Abnahme- oder Stoppzeitraums, wie es in der 10 oder der 11 gezeigt ist, 0 V erreicht, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 232, dass in dem Drehmomentdetektor 201 eine Anomalie aufgetreten ist und gibt das Bestimmungsergebnis an die Ansteuereinheit 131 aus. Die Ansteuereinheit 131 unterbricht den Beginn des Schaltens, wenn die Signalverarbeitungseinheit 232 bestimmt, dass in dem Drehmomentdetektor 201 eine Anomalie aufgetreten ist.
  • [Vorteilhafte Effekte, usw.]
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, erfasst die Signalverarbeitungseinheit 232 in dem Drehmomentdetektor 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie in dem Drehmomentdetektor 201 auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt des Stromversorgungsschaltkreises 20 und der Brückenschaltung 10.
  • Da dies ermöglicht, eine Anomalie in dem Drehmomentdetektor 201 zu erfassen, kann das System, das den Drehmomentdetektor 201 umfasst, sicher gesteuert werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass der Drehmomentdetektor 201 keinen Tiefpassfilter 280 umfassen muss.
  • [Ausführungsform 7]
  • Als nächstes wird die Ausführungsform 7 beschrieben.
  • In der Ausführungsform 7 werden eine Motoreinheit, die den Drehmomentdetektor gemäß den Ausführungsformen 1 bis 6 umfasst, und ein Elektrofahrrad, das die Motoreinheit umfasst, beschrieben. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 6; eine Beschreibung von gemeinsamen Punkten ist weggelassen oder vereinfacht.
  • Die 13 ist eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 14 ist eine Querschnittsansicht einer Motoreinheit 301, die in das Elektrofahrrad 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einbezogen ist.
  • Das Elektrofahrrad 300 ist ein Elektrofahrrad, das eine elektrische Unterstützungsfunktion umfasst. Die elektrische Unterstützungsfunktion ist eine Funktion, die ein Elektrofahrrad 300 beim Vorwärtsbewegen auf der Basis der Kraft unterstützt, die auf die Pedale durch den Fahrer des Elektrofahrrads 300 ausgeübt wird. Wie es in der 13 gezeigt ist, umfasst das Elektrofahrrad 300 die Motoreinheit 301 und die Batterie 302.
  • Wie es in der 14 gezeigt ist, umfasst die Motoreinheit 301 einen Elektromotor 391, der auf der Basis von Strom angetrieben wird, der durch die Batterie 302 zugeführt wird. Der Elektromotor 391 erzeugt ein Drehmoment zum Drehen der Kurbelachse 51 auf der Basis der Kraft, die auf die Pedale durch den Fahrer des Elektrofahrrads 300 ausgeübt wird. Die Motoreinheit 301 ist beispielsweise in dem zentralen Bereich des Elektrofahrrads 300 bereitgestellt und umfasst eine Kurbelachse 51.
  • Die Motoreinheit 301 umfasst ferner eine Steuerschaltkreis-Leiterplatte 390 und eine Bremse 392. Die Steuerschaltkreis-Leiterplatte 390 ist beispielsweise die Leiterplatte, auf der die MCU 30 des Drehmomentdetektors 1 montiert ist. Die Steuerschaltkreis-Leiterplatte 390 bestimmt die Antriebskraft des Elektromotors 391 auf der Basis des Drehmoments, das durch den Drehmomentdetektor 1 erfasst wird. Die Steuerschaltkreis-Leiterplatte 390 steuert den Elektromotor 391 mit der vorgegebenen Antriebskraft an.
  • Das Drehmoment, das durch den Elektromotor 391 erzeugt wird, wird über die Bremse 392 an das Hilfskraft-Abgaberitzel 393 abgegeben. Die Kette 394 ist an dem Hilfskraft-Abgaberitzel 393 und dem Ritzel 55 angebracht. Als Ergebnis werden die Hilfskraft von dem Elektromotor 391 und die menschliche Antriebskraft zum Drehen des Hinterrads, mit dem die Kette 394 verbunden ist, kombiniert. Dies unterstützt das Elektrofahrrad 300 bei der Vorwärtsbewegung.
  • Die Batterie 302 ist eine Speicherbatterie, die elektrische Leistung zum Antreiben der Motoreinheit 301 speichert. Die Batterie 302 ist beispielsweise ein Akkumulator, kann jedoch ein Kondensator oder dergleichen sein. Die in der Batterie 302 gespeicherte elektrische Leistung wird beispielsweise auch für die Stromversorgungsspannung Vcc des Drehmomentdetektors 1 verwendet. Die Batterie 302 ist beispielsweise an einem vertikalen Rohr montiert, das den Sattel des Elektrofahrrads 300 stützt.
  • [Vorteilhafte Effekte, usw.]
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, umfasst die Motoreinheit 301 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise den Drehmomentdetektor 1, 101 oder 201. Das Elektrofahrrad 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst auch die Motoreinheit 301.
  • Dadurch kann der Elektromotor 391 auf der Basis des erfassten Drehmoments in einer geeigneten Weise betrieben werden. Insbesondere kann die elektrische Unterstützungsfunktion in einer geeigneten Weise zum Unterstützen eines angenehmen Fahrens des Elektrofahrrads 300 eingesetzt werden. Darüber hinaus kann, wie es in den Ausführungsformen beschrieben ist, der Energieverbrauch durch die Batterie 302 vermindert werden, da der Drehmomentdetektor Energie einsparen kann. Demgemäß kann die elektrische Unterstützungsfunktion für einen längeren Zeitraum genutzt werden.
  • Weitere Anmerkungen
  • Obwohl ein Drehmomentdetektor, eine Motoreinheit und ein Elektrofahrrad gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
  • Beispielsweise muss in den Ausführungsformen 3 bis 6 der Drehmomentdetektor den Vorspannungsschaltkreis 170 nicht umfassen. Beispielsweise kann der Drehmomentdetektor 1 gemäß der Ausführungsform 1 (ohne Vorspannungsschaltkreis 170) mindestens eine von einer Langsamstartfunktion, einer Langsam-Aus-Funktion und einer Funktion, welche die Totzeit zyklisch ändert, umfassen. Der Drehmomentdetektor kann jede von einer Langsamstartfunktion, einer Langsam-Aus-Funktion und einer Funktion, welche die Totzeit zyklisch ändert, umfassen.
  • In den vorstehenden Ausführungsformen können alle oder einige der Elemente, wie z.B. die Ansteuereinheiten 31 und 131 und die Signalverarbeitungseinheiten 32 und 232, als spezielle Hardware realisiert werden und können alternativ durch Ausführen eines Softwareprogramms, das für das Element geeignet ist, realisiert werden. Jedes Element kann als Ergebnis des Auslesens und Ausführens eines Softwareprogramms, das auf einem Speichermedium, wie z.B. einer Festplatte (HDD) oder einem Halbleiterspeicher oder dergleichen gespeichert ist, durch eine Programmausführungseinheit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) oder einen Prozessor oder dergleichen, realisiert werden.
  • Elemente, wie z.B. die Ansteuereinheiten 31 und 131 und die Signalverarbeitungseinheiten 32 und 232, können aus einem oder mehreren elektronischen Schaltkreis(en) zusammengesetzt sein. Jeder dieses einen oder dieser mehreren elektronischen Schaltkreise(s) kann ein Allzweck-Schaltkreis oder ein spezieller Schaltkreis sein.
  • Der eine oder die mehreren elektronische(n) Schaltkreis(e) kann oder können beispielsweise eine Halbleitervorrichtung, einen integrierten Schaltkreis (IC) oder einen „Large scale integration“ (LSI)-Schaltkreis umfassen. Ein IC oder ein LSI-Schaltkreis können auf einem einzelnen Chip oder auf einer Mehrzahl von Chips integriert sein. Obwohl hier die Begriffe IC und LSI verwendet werden, können die Begriffe abhängig von dem Integrationsgrad variieren. Beispielsweise kann das Begriffssystem LSI, „Very large scale integration“ (VLSI) oder „Ultra large scale integration“ (ULSI) verwendet werden. Darüber hinaus kann auch ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), das nach der Herstellung des LSI-Schaltkreises programmiert wird, für den gleichen Zweck verwendet werden.
  • Allgemeine oder spezifische Aspekte der vorliegenden Erfindung können als System, eine Vorrichtung oder ein Gerät, ein Verfahren, ein integrierter Schaltkreis oder ein Computerprogramm realisiert werden. Alternativ können allgemeine oder spezifische Aspekte der vorliegenden Erfindung als computerlesbares, nicht-flüchtiges Speichermedium, wie z.B. eine optische Scheibe, eine HDD oder ein Halbleiterspeicher, auf der oder dem das Computerprogramm gespeichert ist, realisiert werden. Darüber hinaus können allgemeine oder spezifische Aspekte der vorliegenden Erfindung als jedwede Kombination eines Systems, einer Vorrichtung oder eines Geräts, eines Verfahrens, eines integrierten Schaltkreises oder eines Computerprogramms realisiert werden.
  • Für einen Fachmann ist ersichtlich, dass in diesen Ausführungsformen verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können und dass weitere Ausführungsformen durch beliebiges Kombinieren der Elemente und Funktionen der Ausführungsformen erhalten werden können, ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demgemäß sind alle derartigen Modifizierungen und weiteren Ausführungsformen in die vorliegende Erfindung einbezogen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 101, 201
    Drehmomentdetektor
    10
    Brückenschaltung
    13
    Dritter Anschluss (Verbindungspunkt)
    14
    Vierter Anschluss (Verbindungspunkt)
    20
    Stromversorgungsschaltkreis
    21
    Ausgangsanschluss (Verbindungspunkt)
    31, 131
    Ansteuereinheit
    32, 232
    Signalverarbeitungseinheit
    56
    Drehmomentübertragungseinrichtung (Erfassungsgegenstand)
    170
    Vorspannungsschaltkreis
    300
    Elektrofahrrad
    301
    Motoreinheit
    C
    Kondensator
    L1
    Erste Spule
    L2
    Zweite Spule
    R1
    Erster Widerstand
    R2
    Zweiter Widerstand
    R3
    Dritter Widerstand
    R4
    Vierter Widerstand
    SW1, SW2
    Schaltelement

Claims (10)

  1. Magnetostriktiver Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment erfasst, das in einem Erfassungsgegenstand erzeugt wird, wobei der Drehmomentdetektor umfasst: eine Brückenschaltung, die einen Parallelschaltkreis aus einer ersten Spule und einem ersten Widerstand, die in Reihe verbunden sind, und einer zweiten Spule und einem zweiten Widerstand, die in Reihe verbunden sind, umfasst; einen Halbbrücken-Stromversorgungsschaltkreis, der zwei Schaltelemente umfasst und der Brückenschaltung eine erste Spannung zuführt; einen Kondensator, der mit der Brückenschaltung verbunden ist und eine zweite Spannung hält; eine Ansteuereinheit, die bewirkt, dass der Stromversorgungsschaltkreis durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente die erste Spannung erzeugt; und eine Signalverarbeitungseinheit, die das Drehmoment auf der Basis einer Differenz des Potenzials zwischen einem Verbindungspunkt der ersten Spule und dem ersten Widerstand und einem Verbindungspunkt der zweiten Spule und dem zweiten Widerstand erfasst, wobei die Ansteuereinheit eine Totzeit einstellt, während der beide der zwei Schaltelemente Aus sind, wenn Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente geschaltet werden.
  2. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1, der ferner einen Vorspannungsschaltkreis umfasst, der dem Kondensator eine Gleichstrom-Vorspannung zuführt.
  3. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansteuereinheit die Totzeit in einem ersten Zeitraum, der mit dem Beginn des Schaltens der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente beginnt, so einstellt, dass sie länger ist als die Totzeit in einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum.
  4. Drehmomentdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ansteuereinheit die Totzeit in einem dritten Zeitraum, der am Ende des Schaltens der Ein/Aus-Zustände der zwei Schaltelemente endet, so einstellt, dass sie länger ist als die Totzeit in einem vierten Zeitraum vor dem dritten Zeitraum.
  5. Drehmomentdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ansteuereinheit die Totzeit zyklisch ändert.
  6. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5, wobei die Ansteuereinheit die Totzeit derart zyklisch ändert, dass ein Erfassungszeitraum, in dem das Drehmoment erfasst wird, und ein Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, wiederholt werden.
  7. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5, wobei die Ansteuereinheit die Totzeit derart zyklisch ändert, dass in der angegebenen Reihenfolge ein Erfassungszeitraum, in dem das Drehmoment erfasst wird, ein erster Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, ein Stoppzeitraum, in dem das Schalten der Ein/Aus-Zustände von beiden der zwei Schaltelemente gestoppt ist, und ein zweiter Unterbrechungszeitraum, in dem die Totzeit länger eingestellt ist bzw. wird als die Totzeit in dem Erfassungszeitraum, wiederholt werden.
  8. Drehmomentdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Signalverarbeitungseinheit eine Anomalie in dem Drehmomentdetektor auf der Basis eines Potenzials an einem Verbindungspunkt des Stromversorgungsschaltkreises und der Brückenschaltung erfasst.
  9. Motoreinheit, die den Drehmomentdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  10. Elektrofahrrad, das die Motoreinheit nach Anspruch 9 umfasst.
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