JP2003207400A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルクセンサに適したシンプルなインダクタン
ス差の検出回路を提案して低コストで且つ信頼性の期待
できるトルクセンサを実現提供する。 【解決手段】本発明によるトルクセンサは，トルクに応
じて少なくとも一方のコイルのインダクタンスを変える
一対のコイルと，前記二つのコイルをそれぞれコレクタ
端子に負荷として有し且つそれぞれのコレクタ端子を互
いのベース端子に直接クロス結合された二つのトランジ
スタのエミッタ間をコンデンサで結合して構成されたエ
ミッタ結合型発振回路，或いはコイルとダイオードとが
直列に接続され互いにダイオードの向きを逆にした二組
の回路を並列に入出力端間に有し，コンデンサを入力端
に接続したヒステリシス特性のある反転増幅器で構成す
る発振回路等によりインダクタンス変化をデューティ比
の異なるパルス出力としてトルク検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，トルクセンサに拘わ
り，特にコイルのインダクタンス変化からトルクを検出
するトルクセンサに拘わる。

【０００２】

【従来の技術】回転軸に加えられたトルクをコイルのイ
ンダクタンス変化から検出するトルクセンサには図１，
図２にその検出部の構造例を示すように種々の方式が存
在する。図１は回転軸の一端に接続されて周方向に凹凸
を有する磁性体，回転軸の他端に接続されて窓を有する
導体円筒，コイル等で構成され，加えられたトルクによ
り回転軸に捻れを生じると窓と磁性体の凹凸部の位置が
ずれてコイルのインダクタンスを変化させる。図２は，
回転軸外周に斜交して取り付けられた磁気異方性部材
と、この磁気異方性部材を取り巻くコイルとによって構
成され，回転軸に加えられるトルクに応じて生じる微小
な捩れを磁気異方性部材の透磁率の変化，コイルのイン
ダクタンス変化として検出することにより，回転軸に作
用するトルクの大きさを検知する。

【０００３】これらの検出部の構成において，多くの場
合コイルは一対としてトルクに応じて一方のインダクタ
ンスは増加し，他方のインダクタンスは減少するよう配
置構成されるが，従来のインダクタンス変化検出回路は
複雑であり調整点も多い難点があった。例えば，図１１
に示されるように従来の検出回路は抵抗と共にブリッジ
を構成し，正弦波信号或いはパルス信号を加えてその応
答からインダクタンスの変化を検出するもので発振回
路，検波，差分回路等回路量が多く，コストを増大させ
ると共に調整点の存在が精度を損ないかねない懸念があ
った。

【０００４】検出回路をシンプルにする手段として抵
抗，検出コイルとで構成する無安定マルチバイブレータ
が知られ検討された（特開平０５−０６６１６４，特公
平０６−０４１８８９等）。それらのインダクタンス変
化検出に挙げられた回路例を図１０に示すが，トランジ
スタのベース端子に接続された抵抗がベース電流を制限
すると共に時定数を決していて独立に決められないので
設定は微妙で発振の安定性に懸念があり，さらにトラン
ジスタ内のベース抵抗も時定数に影響を与えるのでそれ
らの抵抗，トランジスタのばらつきのために温度による
ゼロ点変動が大で使用に耐えなかった。

【０００５】上記の他にも検出用コイルを含む発振回路
を用いて回路量を減少させる提案はあったが（特開２０
００−２３４９６７，特開２０００−１４６７２２，特
開２０００−２８３８６３等），アナログ回路の量はか
なり多く，製造段階での回路確認，調整要素も残る等満
足できるレベルにはなっていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は，トルクセンサに適するシンプルな検出回路を提案し
て低コストで且つ信頼性の期待できるトルクセンサを実
現提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるトルクセン
サは，トルクに応じて少なくとも一方のコイルのインダ
クタンスが変化する一対のコイルとコンデンサとを有
し，前記二つのコイルを通じて行う前記コンデンサの充
電及び放電に要する時間比に比例したデューティ比を持
つパルス列を出力する発振回路と，前記パルス列のデュ
ーティ比識別手段とより構成され，トルクの大きさを前
記パルス列のデューティ比から検知することを特徴とす
る。

【０００８】前記発振回路の具体的な例として，発振回
路は二つのコイルをそれぞれコレクタ端子に負荷として
有し且つそれぞれのコレクタ端子を互いのベース端子に
直接クロス結合された二つのトランジスタのエミッタ間
をコンデンサで結合して構成されたエミッタ結合型発振
回路を提案する。

【０００９】更に他の具体的な発振回路例として，コイ
ルとダイオードとが直列に接続され互いにダイオードの
向きを逆にした二組の回路を並列に入出力端間に接続
し，コンデンサを入力端に接続したヒステリシス特性の
ある反転増幅器で構成する発振回路を提案している。

【００１０】デューティ比識別手段の具体的な回路は，
抵抗とコンデンサとによる積分回路或いは低域通過フィ
ルター等でデューティ比の違いを電圧の差として得る回
路が最もシンプルである。ただ，最近の技術傾向として
測定値はディジタル化してマイクロコンピュータで処理
する場合が多く通常は前記積分回路の後にＡ／Ｄ変換器
を配置してディジタル化する。本発明によるトルクセン
サではデューティ比の変化するパルス列を直接マイクロ
コンピュータに入力させて内部のタイマー或いはカウン
ターによりパルス間隔及びパルスのデューティ比を直接
計数して検知する方法も提案している。

【００１１】

【作用】本発明のトルクセンサの検出回路では一つのコ
ンデンサに２つのコイルそれぞれを介して充電，放電作
用を行わせる自励発振回路を基本とするので出力パルス
列内の高レベル，低レベルの時間幅はそれぞれコイルの
インダクタンスに比例する。コンデンサの容量が変動し
て出力パルスの周期は変動してもデューティ比への影響
は無く，パルス列内のデューティ比にコイル以外の影響
要素は少ないので検出回路は無調整で機能する。さらに
２つのコイルのインダクタンスの差分でトルク検出する
ので電源変動，温度変動等の同相的な変動分を補償でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明によるトルクセンサ
について，その実施例及び原理作用等を図面を参照しな
がら説明する。

【００１３】図１，図２はトルクセンサの検出部の構造
例を示す。図１は回転軸３の一端に接続されて周方向に
凹凸（１１ｂ，１１ａ）を有する磁性体１１，回転軸３
の他端に接続されて窓１２ａ，１２ｂを有する導体円筒
１２，コイル１３，１４等で構成され，回転軸３に加え
られたトルクにより捻れを生じると窓１２ａ，１２ｂと
磁性体１１の凹凸部（１１ｂ，１１ａ）の位置がずれて
コイル１３，１４のインダクタンスを変化させる。図２
（ａ）は，回転軸２１外周に斜交して取り付けられた磁
気異方性部材２２，２３と、この磁気異方性部材２２，
２３を取り巻く検出コイル２４，２５と検出回路２６と
によって構成され，回転軸２１に加えられるトルクに応
じて生じる微小な捩れを磁気異方性部材２２，２３の透
磁率の変化，コイル２４，２５のインダクタンス変化と
して検出することにより，回転軸２１に作用するトルク
の大きさを検知する。図２（ｂ）は図２（ａ）から磁気
異方性部材２３を除いた簡略な構造で回転軸２１に加え
られたトルクによって一方のコイル２４の側のインダク
タンスのみが変化し，検出回路２６を差動構成とするこ
とにより磁気異方性部材の透磁率変化以外にコイルのイ
ンダクタンスに影響する渦電流効果その他の影響を排除
できる構造である。

【００１４】これら図１，２の検出部の構造例におい
て，図２（ｂ）の場合を除いて２つのコイル１３，１４
或いは２４，２５のインダクタンスは一方が増大すると
他方が減少するよう構成され，検出回路はそれらの変化
量を差動的に検出する。本発明は特に新規な検出回路を
提案して低コストで且つ高精度なトルクセンサを実現す
る。

【００１５】本発明の実施例を具体的に説明する前に従
来提案された検出回路を概観する。図１１は一般に用い
られている検出回路を簡略化して表してある。同図にお
いて，コイル２４，２５と抵抗１１１，１１２で構成さ
れたブリッジに高周波発振器１１３から高周波信号を加
え，抵抗１１１，１１２とコイル２４，２５とで分圧さ
れた電圧をそれぞれ整流・平滑回路１１４，１１５で直
流電圧に変え，差動増幅器１１６を通して出力を得る。
コイル２４，２５両端の電圧は差動増幅器１１６で差分
を取るまでにそれぞれ整流・平滑回路１１４，１１５を
通るのでこれらのゲインバランスを保持するために何ら
かの調整部は存在し，また高周波発振器１１３を別途有
し，その出力も厳密に制御されなければならない。実際
に適用される回路は想定される各種の不具合点の検出，
回避等をも考慮するため更に複雑な回路となっている。

【００１６】検出回路をシンプルにするために提案され
たマルチバイブレータによる検出回路例を図１０を用い
て説明する。同図において，番号１０１はコイル２４，
２５のインダクタンスの差をデューティ比の異なるパル
ス列として出力するマルチバイブレータ，番号１０２は
波形整形回路，番号１０３はデューティ比の異なるパル
ス列を電圧出力に変える積分回路をそれぞれ示す。コイ
ル２４，２５はそれぞれトランジスタ１０４，１０５の
負荷としてそれらのコレクタ端子に接続され，トランジ
スタ１０４，１０５のコレクタ端子は抵抗１０６を介し
てそれぞれトランジスタ１０５，１０４のベース端子に
接続される。コンデンサ１０７はトランジスタ１０４，
１０５のスイッチング速度を速めるために用いられる。

【００１７】トランジスタ１０４，１０５のベース端子
に流入する電流は抵抗１０６によって制限され，発振の
時定数はコイル２４，２５のインダクタンスと抵抗１０
６によりそれぞれ決まる。したがってマルチバイブレー
タ１０１出力の高レベル，低レベルの時間幅はそれぞれ
コイル２４，２５のインダクタンスと抵抗１０６とで決
まり，コイル２４，２５のインダクタンスの差は出力パ
ルスのデューティ比として検出できる。しかしトランジ
スタ１０４，１０５のベース電流量は抵抗１０６にも依
存するので抵抗１０６の選定は独立では無く設定は微妙
である。さらにトランジスタ１０４，１０５内のベース
抵抗は抵抗１０６と直列になるので時定数に影響する。
したがって抵抗１０６，トランジスタ１０４，１０５等
のばらつきが直接に出力パルスのデューティ比に影響
し，温度によってゼロ点変動を引き起こす等の欠点が目
立ち，シンプルな構成ではあるが現在では省みられてい
ない。

【００１８】図３は本発明の第一の実施例であるトルク
センサの検出回路を示す。エミッタ結合型発振回路を用
い，出力パルス列のデューティ比はマイクロコンピュー
タで直接識別してトルクを検知する構成である。同図に
おいて，コイル２４，２５はトランジスタ３２，３３の
負荷としてコレクタ端子に接続され，トランジスタ３
２，３３のコレクタ端子はそれぞれトランジスタ３３，
３２のベース端子にクロス結合され，コンデンサ３１が
トランジスタ３２，３３のエミッタ端子間に接続され
る。抵抗３４，３５はトランジスタ３２，３３のオン時
の電流を決める。番号３６は波形整形用のコンパレータ
であり，番号３７はマイクロコンピュータを示す。

【００１９】電源投入時の状態は不定であるが，トラン
ジスタ３２がオンに転じたと考えると，電流はコイル２
４，トランジスタ３２，抵抗３４を流れ，さらにコンデ
ンサ３１，抵抗３５にも分流する。この時点で抵抗３５
の電圧降下は大であるのでトランジスタ３３のエミッタ
電位は十分に高くトランジスタ３３はオフに，トランジ
スタ３３のコレクタ及びトランジスタ３２のベースは高
レベルに保たれトランジスタ３２はオンに保たれるが，
コンデンサ３１への電荷蓄積が大になるとコンデンサ３
１を通じて抵抗３５に流れる電流は徐々に減り，トラン
ジスタ３３のエミッタ電位は徐々に低下する。トランジ
スタ３３のベースはトランジスタ３２のコレクタに接続
されていてトランジスタ３３のエミッタとの電位差が所
定レベルに達するとトランジスタ３３はオンになり，そ
のコレクタ端子電圧は下がるのでトランジスタ３２はオ
フとなる。コイル２５を流れる電流はトランジスタ３
３，抵抗３５を流れるが一部はコンデンサ３１，抵抗３
４を流れ，コンデンサ３１を逆方向から充電する。この
ようにしてコイル２４，２５を通じてコンデンサ３１を
交互に逆方向から充電して自励発振を継続する。

【００２０】トランジスタ３２，３３のコレクタ端子の
レベル差をコンパレータ３６でパルス整形すると，その
高レベル，低レベルの持続時間はそれぞれコイル２４，
２５とコンデンサ３１で決まる時定数に比例する。この
出力をマイクロコンピュータ３７に入力して高レベルの
時間幅と周期との比からデューティ比を求めトルクを算
出する。

【００２１】前記発振回路において，抵抗３４，３５は
トランジスタ３２，３３を流れる電流値を設定し，出力
パルス列の時間幅にはコイル２４，２５のインダクタン
ス及びコンデンサ３１のみが関係し，その他の素子の影
響は少ない。検出回路に於けるコンデンサ３１の容量は
比較的温度の影響を受け発振周期が変化を受ける可能性
有るが，パルスのデューティ比には影響しない。最近で
はディジタル処理をする例が多いので出力パルス列を直
接マイクロコンピュータ３７に入力して時間識別をさせ
てディジタル化する事にしたが，この段階で電源電圧そ
の他の変動要因の影響は少ない。

【００２２】また，トランジスタ３２，３３のコレクタ
端子からトランジスタ３３，３２のベース端子に直接ク
ロス結合をさせたが，トランジスタ３２，３３のコレク
タ端子にそれぞれエミッタフォロワー回路を設け，その
出力からトランジスタ３３，３２のベース端子にそれぞ
れ接続しても良く，発振動作の安定化に寄与できる。

【００２３】図４は第一の実施例における出力パルス列
を示し，同図を参照して第一の実施例の説明を補足す
る。横軸４１は時間を示し，図４（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ図３のコンパレータ３６の出力パルス
列４２，４３，４４を示す。出力パルス列４２，４３，
４４の高レベル，低レベルの時間幅はコイル２４，２５
を介して行うコンデンサ３１の充電時間に比例するので
高レベルの時間幅とパルスの周期との比からインダクタ
ンス差を求め，トルクを算出出来る。出力パルス列４
２，４３ではパルス周期（Ｔ１＋Ｔ２），（Ｔ３＋Ｔ
４）は同じであるが，高レベルの時間幅がＴ１，Ｔ３の
ように異なる場合を示し，出力パルス列４４の場合はパ
ルス周期（Ｔ５＋Ｔ６），高レベルの時間幅Ｔ５は出力
パルス列４２，４３と異なるが，Ｔ５／（Ｔ５＋Ｔ６）
がＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）と同じでコイル２４，２５のイ
ンダクタンス比は出力パルス列４２の場合と同じである
ことを示している。

【００２４】図４（ｄ）はマイクロコンピュータ３７で
パルス周期（Ｔ５＋Ｔ６），高レベルの時間幅Ｔ５等を
算出する方法を説明するための図である。マイクロコン
ピュータ３７は出力パルス列４４を入力し，内蔵のカウ
ンター或いはプログラムにより時間測定をする。十分に
小さい時間間隔のパルス列４５で高レベルの時間幅Ｔ
５，低レベルの時間幅Ｔ６をカウントして測定する。
（Ｔ５−Ｔ６）／（Ｔ５＋Ｔ６）からトルクを算出する
ことにしても良い。その具体的な方法にはマイクロコン
ピュータに内蔵するカウンターによる方法，パルス列４
５のパルス間隔時間に対応するプログラムステップを何
回繰り返すかをカウントする方法等がある。またマイク
ロコンピュータではなく，カウンター回路を用いてパル
ス数をカウントしても良い。理想的にはコイル２４，２
５のインダクタンスは一方が増大すれば他方は減少する
のでトルクの算出は（Ｔ５−Ｔ６）で簡略には可能であ
る。

【００２５】図５は本発明の第二の実施例であるトルク
センサの検出回路を示す。同図において，番号５８は発
振回路を，番号５９は積分回路を示す。発振回路５８は
コイル２４，２５とそれぞれダイオード５２，５３とを
直列接続して反転増幅器５４の入出力端に並列に接続
し，反転増幅器５４の入力端にはコンデンサ５１を接続
して構成する。コンデンサ５１の他端は接地し，回路を
含めてシールドを容易としている。その場合，ダイオー
ド５２，５３は互いに逆向きに接続され，反転増幅器５
４はヒステリシス特性を有するとする。積分回路５９は
抵抗５５，コンデンサ５６とで構成している。番号５７
は出力を示す。

【００２６】反転増幅器５４は入力端が第一のレベルよ
り低下すると出力は高レベルとなり，第二のレベルより
高になると出力は低レベルとなるとする。いま入力端が
第一のレベルより低とすると出力は高レベルとなり，電
流がダイオード５３，コイル２５を介してコンデンサ５
１を充電し，コンデンサ５１の電圧が上昇して第二のレ
ベルを超えると反転増幅器５４の出力は低レベルに転
じ，コイル２４，ダイオード５２を介してコンデンサ５
１の電荷を放電する。コンデンサ５１の電圧は徐々に低
下し，第一のレベルより下がると反転増幅器５４の出力
は高レベルに転じ，これを繰り返す。

【００２７】コンデンサ５１の充電はコイル２５とコン
デンサ５１による時定数に，放電はコイル２４とコンデ
ンサ５１による時定数によるので出力パルス列の高レベ
ルの時間幅はコイル２５のインダクタンスに，低レベル
の時間幅はコイル２４のインダクタンスに比例する事に
なる。積分器５９は抵抗５５，コンデンサ５６によって
出力パルス列を平滑化することでデューティ比の異なる
パルス列からデューティ比に比例した電圧出力５７を得
る。

【００２８】第二の実施例でも出力パルス列の高低の時
間幅はそれぞれコイル２５，２４とコンデンサ５１で決
まり，他の要因の影響する余地は少ない。コンデンサ５
１の容量は温度変動の影響を受ける可能性有るが，高低
レベルの時間幅に等しく寄与するので発振周期に影響は
してもデューティ比への影響は無い。ただ，反転増幅器
５４は一般に高低の出力レベルに対しての駆動方法は非
対称であるので温度変動の影響で高低のパルス幅に非対
称性が現れる可能性は残り，第一の実施例とは精度面で
使い分ける必要がある。また積分回路５９で電圧出力と
するので積分回路５９に入力するパルスの高低のレベル
は厳密に管理する必要がある。積分回路５９に入力させ
る前にパルスの整形回路を配置すれば改善される。積分
回路５９はシンプルな回路を用いたのでリップルが残る
懸念もあるが高域を十分に減衰させることが出来る低域
通過フィルターで置き換えれば出力電圧のリップルを圧
縮できる。

【００２９】トルクセンサは自動車或いは工作機械等の
トルク伝達部分の制御用に開発が盛んであるが，その部
分の障害の及ぼす影響を考慮して不具合の検出，回避等
の対処は厳密に求められ，様々の工夫が為されている。
不具合の具体的事象はコイル断線，接続点の不具合，回
路の調整点のずれ等々である。しかしながらその不具合
点の検出，回避等に多大の回路素子を追加して回路全体
を複雑多岐とし，検出回路全体の信頼性を損ないかねな
い現実は皮肉である。本発明の第三の実施例はそのよう
な点を考慮し，本発明の検出回路がシンプルである利点
を最大限に利用して検出回路を二重化し，それら検出回
路の良否判断，取捨をマイクロコンピュータ内のプログ
ラムによって処理させる高信頼性のトルクセンサを第三
の実施例として提案する。

【００３０】図６は本発明の第三の実施例を示し，図６
（ａ）は検出部の構成を，図６（ｂ）は検出回路をそれ
ぞれ示す。図６（ａ）において，回転軸２１とその外周
に固定された磁気異方性部材２２，２３の構成は図２
（ａ）の場合と同じであるが，検出コイルは各磁気異方
性部材２２，２３毎に二つのコイル６１，６２，６３，
６４を配置してある。図６（ｂ）は検出回路を示し，コ
イル６１，６４で構成する発振回路６５と，コイル６
２，６３で構成する発振回路６６のそれぞれの出力をマ
イクロコンピュータ６７に入力させて構成する。発振回
路６５，６６は第一の実施例と同じであるので動作説明
は省略する。

【００３１】それぞれの発振回路６５，６６の出力から
インダクタンス差の検出，トルク算出はマイクロコンピ
ュータ６７内のプログラムによる。そのプログラム例は
図７にプログラムフローを示し，図４，図６，図７を参
照しながら説明する。

【００３２】図７において発振回路６５の出力をＣＨ
１，発振回路６６の出力をＣＨ２として説明する。
［１．］，［２．］，［３．］，［４．］のステップに
おいて，マイクロコンピュータ６７内のカウンターを用
いて発振回路６５の出力から高レベルの時間幅Ｔ５，低
レベルの時間幅Ｔ６，さらに発振回路６６の出力から高
レベルの時間幅Ｔ５’，低レベルの時間幅Ｔ６’を得
る。［５．］で高レベルの時間幅Ｔ５，Ｔ５’の比較検
証を行い，｜Ｔ５−Ｔ５’｜が予め定めた所定の値以上
で有れば異常として［８．］で処理し，所定の値以下で
有れば正常として［６．］のステップを実行する。
［６．］は検出した低レベルの時間幅Ｔ６，Ｔ６’を比
較検証し，｜Ｔ６−Ｔ６’｜が予め定めた所定値より大
では異常として［８．］へ，所定値より小では正常とし
て［７．］のステップへ移る。［７．］では（Ｔ５−Ｔ
６＋Ｔ５’−Ｔ６’）／（Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ５’＋Ｔ
６’）からトルクを算出し［１．］に戻って測定を継続
する。

【００３３】［８．］は異常処理ルーチンであり，Ｔ
５，Ｔ６，Ｔ５’，Ｔ６’のそれぞれ前回の値と差を比
較し，許容範囲内の数値であるか否かから妥当であるか
どうかを判断する。一方のＣＨの値が適合ならそのＣＨ
のみを有効として［７．］へ移り，双方の値共に不適合
である場合にはさらに［９．］の異常処理ルーチンに移
る。

【００３４】［９．］では過去の履歴と比較検証して異
常発生の頻度，連続性等から各ＣＨの障害が偶発的か，
固定的障害かを判断する。偶発的障害との判断で有れば
トルク算出をスキップして［１．］に進む。一方のＣＨ
が固定的な障害との判断ではその障害ＣＨを切り離し，
上位システムに報告をして［１．］へ進む。両ＣＨ共に
固定的障害との判断では［１１．］で上位システムへの
報告を行って動作を中断する。

【００３５】第三の実施例は検出部及び検出回路を完全
に二重化し，それらをマイクロコンピュータ内のプログ
ラムで比較対照しながら良否を判定して障害部分を切り
離し，或いは上位へ報告して障害による被害を回避する
方法である。検出回路は調整部分が無くシンプルであ
り，上記第三の実施例によれば信頼性のあるシステムを
構築できる。第三の実施例では第一の実施例で示した発
振回路で二重化したが，第二の実施例で示した発振回路
で置き換えても良く，本発明の趣旨内で変更修正は可能
である。

【００３６】第一，第二，第三の実施例は２つのコイル
のインダクタンスがトルクに応じて逆方向にに変化する
場合の実施例であったが，一方のコイルのインダクタン
スのみが変化する簡略な場合も存在する。第四の実施例
としてドリルに加わるトルクを測定する例を図８に示
す。

【００３７】図８において，ドリル８１の刃部の外周に
コイル８２，平坦部外周にコイル８３を配置し，発振回
路は図５に示した発振回路５８を用いている。鉄を主成
分とする磁性体で構成されたドリル８１は加えられた回
転トルクに応じて機械的に弱くなっている刃部の歪みは
大で透磁率が変化するが，平坦部での透磁率は殆ど変化
しない。その結果，回転トルクに応じてコイル８２のイ
ンダクタンスは変化し，コイル８３のインダクタンスは
変化しない。トルクに応じてインダクタンスが変わるコ
イル８２はダイオード５３と直列に接続されて反転増幅
器５４の入出力端に接続され，一定インダクタンスのコ
イル８３はダイオード５２と直列に接続されて反転増幅
器５４の入出力端に接続される。反転増幅器５４の出力
８４は直接マイクロコンピュータ８５に入力される。

【００３８】出力８４に現れるパルス波形は図４と同様
であり，図４（ｃ），（ｄ）を用いて動作を説明する。
出力８４に於ける出力パルスの高レベルの時間幅Ｔ５は
コイル８２とコンデンサ５１との時定数に，低レベルの
時間幅Ｔ６はコイル８３とコンデンサ５１の時定数に比
例するので加えられたトルクが変化するとＴ５が変わる
が，Ｔ６は一定である。しかしながら，温度が変動する
とコイル８２，８３の寸法変化，或いは軸８１表面の電
気抵抗等が変化し，コイル８２，８３のインダクタンス
も変化する。双方共に変化する場合は（Ｔ５−Ｔ６）／
（Ｔ５＋Ｔ６）として相殺されるが，変化の仕方が不平
衡である場合には完全に相殺されない。その場合を考慮
して予めＴ６を指標として温度が変わった場合の算出ト
ルクの補正量を求めてデータベースとして記憶させ，温
度補正を行う。

【００３９】図９は第四の実施例においてトルクを算出
する場合のマイクロコンピュータ８５内でのプログラム
例をフロー図として示している。

【００４０】［１．］，［２．］のステップにおいて，
マイクロコンピュータ８５内のカウンターを用いて高レ
ベルの時間幅Ｔ５，低レベルの時間幅Ｔ６を得る。
［３．］で高レベルの時間幅Ｔ５を前回の値と比較検証
し，その差が予め定めた所定の値以上で有れば異常とし
て［７．］で処理し，所定の値以下で有れば正常として
［４．］のステップに進む。［４．］は検出した低レベ
ルの時間幅Ｔ６を前回の値と比較検証し，その差が予め
定めた所定の値以上で有れば異常として［７．］で処理
し，所定の値以下で有れば正常として［５．］のステッ
プに進む。

【００４１】［５．］では（Ｔ５−Ｔ６）／（Ｔ５＋Ｔ
６）からトルクを算出し，［６．］で低レベルの時間幅
Ｔ６を指標にデータベースから算出トルクの補正データ
を得て補正して［１．］に戻って測定を継続する。Ｔ６
はトルクによっては変動しないはずであるので検出部の
温度検知手段として利用し，温度により生じたアンバラ
ンスな変動分を予め収集し，記憶したデータベースから
補正する。

【００４２】［７．］は高低レベルの時間幅Ｔ５，Ｔ６
の異常処理ルーチンであり，Ｔ５，Ｔ６を過去の履歴と
比較検証して過去の変動履歴から異常発生の頻度，連続
性等を調べて偶発的な誤りか，固定的な誤りかを判断す
る。誤りが確率的であり，頻度も少なければ偶発性と判
断し［１．］に進んで計測を繰り返す。誤りの頻度が高
く，連続性が高いと判断すれば固定障害と見なして
［８．］で上位システムに警告し，計測作業を停止す
る。

【００４３】

【発明の効果】以上，実施例を用いて説明したように本
発明のトルクセンサに依れば，シンプルな構成の発振回
路を用い，二つのコイルのインダクタンス差をパルスの
デューティ比に変換し，簡単な回路で電圧に変換し，ま
たマイクロコンピュータに直接入力して識別，トルク算
出が可能である。検出回路自体は無調整で機能する特徴
を有し，高精度及び高信頼性を実現できるが，第三の実
施例で示したように検出回路のシンプルさを利用して二
重化し，マイクロコンピュータ上で比較対照するシステ
ムを構築して自動車等の高信頼性を必要とするような応
用に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 磁路制御のトルクセンサの検出部構成例

【図２】 磁歪式トルクセンサの検出部構成例

【図３】 本発明の第一の実施例の検出回路

【図４】 第一の実施例での出力パルス列

【図５】 本発明の第二の実施例の検出回路

【図６】 本発明の第三の実施例

【図７】 第三の実施例におけるプログラムフロー図

【図８】 本発明の第四の実施例

【図９】 第四の実施例におけるプログラムフロー図

【図１０】 従来提案されたマルチバイブレータによる
検出回路

【図１１】 従来提案されたブリッジ方式の検出回路

【符号の説明】

３・・・回転軸， １１・・・磁性
体，１１ａ・・・磁性体の凸部， １１ｂ・・・
磁性体の凹部，１２・・・導体の円筒， １
２ａ，１２ｂ・・窓部，１３，１４・・コイル，２１・
・・回転軸， ２２，２３・・磁気異方
性部材，２４，２５・・コイル， ２６・・
・検出回路，３１・・・コンデンサ， ３
２，３３・・トランジスタ，３４，３５・・抵抗，
３６・・・コンパレータ，３７・・・マイク
ロコンピュータ，４１・・・時間，
４２，４３，４４・・出力パルス列，４５・・・小さい
時間間隔のパルス列，５１・・・コンデンサ，
５２，５３・・ダイオード，５４・・・反転増幅
器， ５５・・・抵抗，５６・・・コンデン
サ， ５７・・・電圧出力，５８・・・発振
回路， ５９・・・積分回路，６１，６
２，６３，６４・・コイル ６５，６６・・発振回路，
６７・・・マイクロコンピュータ，８１・・・ドリル，
８２，８３・・コイル，８４・・・出
力， ８５・・・マイクロコンピュー
タ，１０１・・・マルチバイブレータ， １０２・・
・波形整形回路，１０３・・・積分回路，
１０４，１０５・・トランジスタ，１０６・・・抵
抗， １０７・・・コンデンサ１０８
・・・抵抗， １０９・・・コンデン
サ，１１１，１１２・・抵抗， １１３・・
高周波発振器，１１４，１１５・・整流・平滑回路，
１１６・・・差動増幅器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に加えられたトルクに応じて少な
   くとも一方のコイルのインダクタンスが変化する一対の
   コイルと，前記二つのコイルを通じて行うコンデンサの
   充電及び放電に要する時間比に比例したデューティ比を
   有するパルス列を出力する発振回路と，パルス幅を微小
   時間間隔で計数する計数手段或いは積分回路で構成する
   前記パルス列のデューティ比識別手段とより構成され，
   トルクの大きさを前記パルス列のデューティ比から検知
   することを特徴とするトルクセンサ
2. 【請求項２】 請求項１記載のトルクセンサに於いて，
   発振回路は二つのコイルをそれぞれコレクタ端子に負荷
   として有し且つそれぞれのコレクタ端子を互いのベース
   端子にクロス結合された二つのトランジスタのエミッタ
   間を前記コンデンサで結合して構成されたエミッタ結合
   型発振回路であることを特徴とするトルクセンサ
3. 【請求項３】 請求項１記載のトルクセンサに於いて，
   コイルとダイオードとが直列に接続され互いにダイオー
   ドの向きを逆にした二組の回路を並列に入出力端間に接
   続し，前記コンデンサを入力端に接続したヒステリシス
   特性のある反転増幅器で発振回路を構成したことを特徴
   とするトルクセンサ
4. 【請求項４】 請求項１或いは２或いは３記載のトルク
   センサに於いて，前記一対のコイルは回転軸に加えられ
   たトルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化
   することを特徴とするトルクセンサ
5. 【請求項５】 請求項１或いは２或いは３記載のトルク
   センサに於いて，回転軸に加えられたトルクに応じて第
   一のコイルのインダクタンスは変化するが，第二のコイ
   ルは第一のコイルとほぼ等価で一定のインダクタンスを
   有し，第一のコイル近傍に配置されることを特徴とする
   トルクセンサ
6. 【請求項６】 請求項５記載のトルクセンサに於いて，
   予め記憶保持された第二のコイルのインダクタンスに起
   因するパルス幅と算出トルク補正量との関係データを用
   いて算出トルクを第二のコイルのインダクタンスに起因
   するパルス幅により補正することを特徴とするトルクセ
   ンサ