JP2816528B2

JP2816528B2 - トルク検出装置

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Publication number: JP2816528B2
Application number: JP5462894A
Authority: JP
Inventors: 洋一片平; 彰憲竹田
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH06331463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ンの出力軸トルク等を検出するのに用いて好適なトルク
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動変速機を備えたオートマチック車等
では、例えば自動変速機の変速タイミングを適正化する
目的でアウトプットシャフト等にトルク検出装置を取付
けることが提案されている。

【０００３】そこで、図８および図９に基づいてこの種
の従来技術によるトルク検出装置を説明する。まず、図
８にトルク検出部を示す。

【０００４】図中、１はトルク検出部を構成するケーシ
ングを示し、該ケーシング１は非磁性材料により段付筒
状に形成され、自動変速機のケース（図示せず）等に固
定されるようになっている。

【０００５】２はケーシング１内に軸受３，３を介して
回転自在に配設された磁歪シャフトを示し、該磁歪シャ
フト２はステンレス鋼等によって棒状に形成され、その
両端側２Ａ，２Ｂはケーシング１外に突出して磁歪シャ
フトを構成している。また、該磁歪シャフト２の軸方向
中間部はケーシング１内に位置したスリット形成部２Ｃ
となり、該スリット形成部２Ｃの外周面には斜め下向き
に４５°、斜め上向きに４５°の角度をもってそれぞれ
スリット溝４，４，…、５，５，…が刻設されている。

【０００６】６，７は磁気異方性部を示し、該磁気異方
性部６，７は前記磁歪シャフト２のスリット形成部２Ｃ
の外周面にＦｅ（８３％），Ａｌ（１３％）の磁性材料
をコーティングして熱処理したものである。そして、各
スリット溝４間の部分に第１の磁気異方性部６が形成さ
れると共に、各スリット５間の部分に第２の磁気異方性
部７が形成され、これらの磁気異方性部６，７には表面
磁界による磁路が形成される。

【０００７】８はケーシング１の内周面に固着され、磁
歪シャフト２のスリット形成部２Ｃを径方向外側から取
囲んだコア部材を示し、該コア部材８は鉄等の磁性材料
により段付筒状に形成され、その内周側には後述の各励
磁および検出コイル９，１０が配設されている。

【０００８】９，１０は磁歪シャフト２の外周側に位置
して磁気異方性部６，７と対向した一対の検出コイルと
しての励磁および検出コイルをそれぞれ示し、該励磁お
よび検出コイル９，１０はコア部材８の内周側にそれぞ
れコイルボビン（図示せず）を介して設けられ、後述の
発振器１２により周波数ｆを有する交流電圧Ｖが印加さ
れて励磁作用と検出作用とを行う。また、該励磁および
検出コイル９，１０は図９に示す如く自己インダクタン
スＬ1 ，Ｌ2 を有し、その鉄損および直流抵抗分はｒ1
，ｒ2 となる。

【０００９】ここで、励磁および検出コイル９，１０に
は、発振器１２から交流電圧Ｖが印加されているから、
励磁および検出コイル９，１０のインピーダンスＺ1 ，
Ｚ2は数１のようになる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ただし、数１中のＬ1 ，Ｌ2 は数２により
設定される自己インダクタンスである。

【００１２】

【数２】

【００１３】次に、図９に従来技術によるトルク検出装
置の検出回路を示し説明する。この検出回路はブリッジ
回路１１、発振装置としての発振器１２、差動増幅器１
３、位相検波回路１４等によって構成されている。ここ
で、ブリッジ回路１１は励磁および検出コイル９，１０
および調整抵抗Ｒ，Ｒにより構成され、それぞれ対応す
る辺の抵抗値（インピーダンス）が等しくなるフルブリ
ッジを構成している。また、励磁および検出コイル９，
１０間の接続点ａおよび調整抵抗Ｒ，Ｒ間の接続点ｂ
は、例えば３０kHz 程度の周波数ｆを有する交流電圧Ｖ
の発振器１２と接続されている。

【００１４】さらに、ブリッジ回路１１において、一方
の励磁および検出コイル９のＬ1 ，ｒ1 は調整抵抗Ｒ
に、他方の励磁および検出コイル１０のＬ2 ，ｒ2 は調
整抵抗Ｒにそれぞれ直列接続されているから、励磁およ
び検出コイル９，１０を流れる電流ｉ1 ，ｉ2 は、

【００１５】

【数３】により算出され、接続点ｃ，ｄの検出電圧Ｖ1 ，Ｖ2
は、

【００１６】

【数４】ただし、α1 ，α2 ：位相角により算出される。

【００１７】また、前記励磁および検出コイル９，１０
と調整抵抗Ｒ，Ｒとの接続点ｃ，ｄは差動増幅器１３の
両端側子にそれぞれ接続され、励磁および検出コイル
９，１０からのそれぞれの検出電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を差動増
幅器１３に出力する。そして、該差動増幅器１３の出力
端子１３Ａは発振器１２と共に位相検波回路１４の入力
側に接続され、該位相検波回路１４は差動増幅器１３か
らの出力電圧Ｖ3 を発振器１２からの交流電圧Ｖに基づ
いて同期させて整流し、出力電圧Ｖ4 を出力するもので
ある。

【００１８】このように構成される従来技術のトルク検
出装置では、発振器１２からの交流電圧Ｖを励磁および
検出コイル９，１０に印加すると、磁歪シャフト２のス
リット形成部２Ｃには各スリット溝４，５間の磁気異方
性部６，７に沿ってそれぞれ表面磁界による磁路が形成
される。この場合、図９に示す調整抵抗Ｒは磁歪シャフ
ト２に作用するトルクが零の状態で差動増幅器１３から
の出力電圧Ｖ3 が零となるように調整される。

【００１９】そして、この従来技術においては、磁歪シ
ャフト２に図８のように、矢示Ｔ方向にトルクを作用さ
せると、磁歪シャフト２のスリット形成部２Ｃでは各ス
リット溝４間の磁気異方性部６に沿って引張り応力＋σ
が作用し、各スリット溝５間の磁気異方性部７に沿って
圧縮応力−σが作用する。これにより、磁気異方性部６
では引張り応力＋σによって透磁率μが増加し、磁気異
方性部７では圧縮応力−σによって透磁率μが減少す
る。

【００２０】一方、磁歪シャフト２の磁気異方性部６と
対向配設された励磁および検出コイル９は、透磁率μの
増加に基づき自己インダクタンスＬ1 が増大し、励磁お
よび検出コイル９を流れる電流ｉ1 が減少する。また、
磁気異方性部７と対向配設された励磁および検出コイル
１０は透磁率μの減少に基づき自己インダクタンスＬ2
が減少し、励磁および検出コイル１０を流れる電流ｉ2
が増大する。

【００２１】この結果、励磁および検出コイル９からの
検出電圧Ｖ1 は減少し、励磁および検出コイル１０から
の検出電圧Ｖ2 は増大するので、差動増幅器１３では、

【００２２】

【数５】Ｖ3 ＝Ａ×（Ｖ1 −Ｖ2 ）ただし、Ａ：増幅率なる増幅が行われ、差動増幅器１３の出力端子１３Ａか
ら交流の出力電圧Ｖ3 が位相検波回路１４へと出力され
る。そして、該位相検波回路１４は発振器１２からの交
流電圧Ｖにより出力電圧Ｖ3 を同期検波処理して整流
し、出力電圧Ｖ4 を磁歪シャフト２に作用するトルクに
対応した出力信号として出力することができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術におけるトルク検出装置の検出回路は、励磁およ
び検出コイル９，１０によりブリッジ回路１１を構成
し、このブリッジ回路１１の平衡が崩れることによりト
ルクを検出するようになっているから、ブリッジ回路１
１の設定準備段階で各調整抵抗Ｒの微調整が必要とな
り、その調整作業に時間を費やすという問題がある。

【００２４】また、トルク検出装置を例えば車両のアウ
トプットシャフト等に取付けた場合には、温度変化が激
しくなり、このため、磁歪シャフト２，励磁および検出
コイル９，１０およびコア部材８等に熱影響が生じ、再
現性のある正確なトルク検出を行なうことができなくな
るという問題がある。

【００２５】この従来技術の問題を解決するために、本
発明者達は先に特願平５−３２６７８号（以下、「先行
技術」という）にトルク検出装置の検出回路にハーフブ
リッジ回路を用いたものについて出願している。

【００２６】この先行技術におけるトルク検出装置は、
軸方向に離間して外周側に一対の磁気異方性部を有する
磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位置して各
磁気異方性部に対向して設けられた一対の検出コイル
と、該各検出コイルを直列に接続することにより形成さ
れたハーフブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両
端側に１８０°位相の異なる三角波をそれぞれ入力する
三角波発生装置と、該三角波発生装置からの基本波に基
づいて、前記ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中点
からの信号を、正の部分と負の部分で分けた２つの半波
整流波形を出力する位相検波回路と、該位相検波回路か
らの信号を出力信号として処理する処理回路とから構成
されている。

【００２７】そして、この先行技術では、従来技術のブ
リッジ回路１１の平衡状態の調整作業を省略できると共
に、外部からの熱によるトルクの誤検出を防止すること
ができるものである。

【００２８】しかし、この先行技術においては、上述し
たように従来技術における問題を解決することができる
ものの、各検出コイルによるノイズをそのまま増幅して
しまい検出精度を低下させるという未解決な問題があっ
た。

【００２９】本発明は上述した先行技術の未解決な問題
に鑑みなされたもので、本発明は簡単な回路構成で高精
度なトルク検出を行なうことのできるトルク検出装置を
提供することを目的としている。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明によるトルク検出装置は、軸方
向に離間して外周側に一対の磁気異方性部を有する磁歪
シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位置して各磁気
異方性部に対向して設けられた一対の検出コイルと、該
各検出コイルにより形成されたハーフブリッジ回路と、
該ハーフブリッジ回路の両端側に１８０°位相の異なる
波形をそれぞれ入力する発振装置と、前記ハーフブリッ
ジ回路の各検出コイルの中点からの信号を反転させる反
転回路と、前記発振装置からの基準波に基づいて検波さ
れ、該反転回路と前記各検出コイルの中点から出力され
るそれぞれの信号を、正の部分と負の部分に分けた２つ
の全波整流波形として出力する位相検波回路と、該位相
検波回路からの２つの全波整流波形を出力信号として処
理する処理回路とから構成したことにある。

【００３１】また、請求項２の発明によるトルク検出装
置は、軸方向に離間して外周側に一対の磁気異方性部を
有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位置
して各磁気異方性部に対向して設けられた一対の検出コ
イルと、該各検出コイルにより形成されたハーフブリッ
ジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に１８０°位
相の異なる波形をそれぞれ入力する発振装置と、前記ハ
ーフブリッジ回路の各検出コイルの中点からの信号を反
転増幅させる反転増幅回路と、該反転増幅回路からの信
号を反転する反転回路と、前記発振装置からの基準波に
基づいて検波され、該反転回路と前記反転増幅回路から
のそれぞれの信号を、正の部分と負の部分に分けた２つ
の全波整流波形として出力する位相検波回路と、該位相
検波回路からの２つの全波整流波形を出力信号として処
理する処理回路とから構成したことにある。

【００３２】さらに、請求項３の発明によるトルク検出
装置は、軸方向に離間して外周側に一対の磁気異方性部
を有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位
置して各磁気異方性部に対向して設けられた一対の検出
コイルと、該各検出コイルにより形成されたハーフブリ
ッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に１８０°
位相の異なる波形をそれぞれ入力する発振装置と、前記
ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中点からの信号を
反転増幅させる反転増幅回路と、前記ハーフブリッジ回
路の各検出コイルの中点からの信号を非反転増幅する非
反転増幅回路と、前記発振装置からの基準波に基づいて
検波され、該非反転増幅回路と前記反転増幅回路からの
それぞれの信号を、正の部分と負の部分に分けた２つの
全波整流波形として出力する位相検波回路と、該位相検
波回路からの２つの全波整流波形を出力信号として処理
する処理回路とから構成したことにある。

【００３３】一方、請求項４のように、処理回路は、前
記位相検波回路から出力される２つの全波整流波形をそ
れぞれ平滑して直流化する２個の平滑回路と、該各平滑
回路からの出力を差動増幅し、出力信号とする差動増幅
回路とから構成することが望ましい。

【００３４】

【作用】請求項１の発明により、各検出コイルで検出さ
れた磁歪シャフトに加わったトルクは、ハーフブリッジ
回路から信号が出力され、この信号は反転回路で反転し
た信号とに分けられ、それぞれ位相検波回路に入力され
る。そして、該位相検波回路では２つの信号に対して２
つの全波整流波形を処理回路に出力し、該処理回路では
この２つの全波整流波形を出力信号として処理し、出力
する。

【００３５】また、請求項２の発明のように、ハーフブ
リッジ回路の中点と位相検波回路との間に、該中点から
の信号を反転増幅する反転増幅回路と、該反転増幅回路
からの信号を反転する反転回路とを設けることにより、
ハーフブリッジ回路から信号が反転増幅された信号と、
この信号を反転した信号として位相検波回路に大きな信
号として入力される。

【００３６】さらに、請求項３のように、ハーフブリッ
ジ回路の中点と位相検波回路との間に、該中点からの信
号を反転増幅する反転増幅回路と、前記中点からの信号
を非反転増幅する非反転増幅回路とを設けることによ
り、位相検波回路に入力される２つの信号の増幅誤差を
小さくする。

【００３７】一方、請求項４のように、前記処理回路を
２個の平滑回路で直流化して差動増幅回路で差動増幅す
る構成とすることで、大きな出力信号が得られる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７に基
づき説明する。なお、実施例では前述した従来技術と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。さらに、図面に示す励磁および検出コイル
９，１０においては直流抵抗分ｒ1 ，ｒ2 は省略し、コ
イル記号のみで示している。

【００３９】まず、図１ないし図３に第１の実施例を示
す。

【００４０】図中、２１はハーフブリッジ回路を示し、
該ハーフブリッジ回路２１は励磁および検出コイル９，
１０を直列に接続し、その両側の端子Ａ，Ｂには後述す
る三角波発生装置２２が接続されている。また、中点の
接続点Ｃには増幅回路２３および反転回路２４を介して
位相検波回路２５に接続されている。

【００４１】２２は発振装置としての三角波発生装置を
示し、該三角波発生装置２２からは例えば図２の第１段
目および第２段目に示すような位相差を１８０°とした
周波数が３０kHz の三角波を出力し、前記ハーフブリッ
ジ回路２１の両側の端子Ａ，Ｂに入力するようになって
いる。また、該三角波発生装置２２からはパルス波とな
るＦの（検波）波形が位相検波回路２５に出力させる。

【００４２】２３は増幅回路を示し、該増幅回路２３は
ハーフブリッジ回路２１の励磁および検出コイル９，１
０の接続点Ｃから出力波形を例えば図２の第３段目に示
すＣの波形を第４段目のＤの波形のように増幅し、反転
回路２４および位相検波回路２５に出力するものであ
る。

【００４３】２４は反転回路を示し、該反転回路２４は
前記増幅回路２３の出力側に接続され、例えば図２の第
４段目のＤの波形を第５段目のＥの波形のように反転さ
せ、前記位相検波回路２５に出力する。

【００４４】２５は位相検波回路を示し、該位相検波回
路２５の入力側には増幅回路２３，反転回路２４および
三角波発生装置２２が接続され、出力側には後述の処理
回路２６が接続されている。そして、該位相検波回路２
５は前記増幅回路２３，反転回路２４からのＤ，Ｅの波
形を、三角波発生装置２２からのＦの（検波）波形に基
づいて検波処理するもので、例えば図２の第７，８段目
に示すＧ，Ｈの波形のような全波整流波形を出力する。

【００４５】２６は処理回路を示し、該処理回路２６は
前記位相検波回路２５からのＧ，Ｈの波形をＤ−Ａ変換
して処理して出力電圧を得るもので、同一回路構成を有
する平滑回路として一対のローパスフィルタ２７，２８
（以下、「ＬＰＦ２７，２８」という）と、該各ＬＰＦ
２７，２８からの出力（Ｉ，Ｊの波形）を差動増幅する
差動増幅回路２９とから大略構成されている。

【００４６】ここで、前記ＬＰＦ２７，２８は前記位相
検波回路２５からの全波整流波形（Ｇ，Ｈの波形）をそ
れぞれ直流化するもので、コンデンサおよび抵抗により
例えばＬ型またはπ型に接続された簡単な回路となって
いる。

【００４７】３０は基準電圧発生装置を示し、該基準電
圧発生装置３０は増幅回路２３，反転回路２４，位相検
波回路２５および後述の調整回路３１に基準電圧ＶS を
入力するものである。

【００４８】３１は調整回路を示し、該調整回路３１は
前記差動増幅回路２９の出力を所定規格値に合わせ込む
ための調整に用いられる。

【００４９】本実施例によるトルク検出装置における検
出回路は上述の如く構成されるが、次に、図２および図
３に各点における波形を示し、各回路の動作を説明す
る。

【００５０】まず、図２および図３の第１，２段目に示
すＡ，Ｂの波形は、三角波発生装置２２からハーフブリ
ッジ回路２１の両端Ａ，Ｂに入力される位相差が１８０
°異なる三角波をそれぞれ示し、該Ａ，Ｂの波形は直流
の所定電圧Ｖ0 に対して発振するようになっている。

【００５１】第３段目に示すＣの波形は接続点Ｃの波形
を示し、該Ｃの波形は磁歪シャフト２にトルクが加わっ
ていない場合には、Ｃの波形は所定電圧Ｖ0 に対して出
力されず、正（図８中の矢示Ｔ方向）のトルクを加えた
場合には、図２に示すようになり、負（図８中の矢示Ｔ
方向の逆方向）のトルクを加えた場合には、図３に示す
ように、図２に対して位相が１８０°ずれた波形とな
る。なお、波高値および位相差はトルクの強度によって
変化するもので、図２および図３は便宜上位相差が１８
０°として示してある。

【００５２】第４，５段目に示すＤ，Ｅの波形は増幅回
路２３からの出力端子Ｄの波形，反転回路２４からの出
力端子Ｅの波形をそれぞれ示し、該Ｄ，Ｅの波形はそれ
ぞれ反転するように出力されている。

【００５３】第６段目のＦの波形は、三角波発生装置２
２から位相検波回路２５に入力されるパルス波形となる
Ｆの（検波）波形を示し、該Ｆの波形は図２および図３
に示すように、Ａの波形の正の部分を基準範囲として形
成されている。

【００５４】第７，８段目のＧ，Ｈの波形は位相検波回
路２５の出力側の２つ信号Ｇ，Ｈを示し、当該Ｇ，Ｈの
波形はＤ，Ｅの波形を基準電圧ＶS を基準として正の部
分と負の部分に分けた全波整流波形（鋸波）となり、こ
の全波整流波形には基準電圧ＶS が基準値となってい
る。そして、Ｇ，Ｈの波形はそれぞれＬＰＦ２７，２８
に入力される。

【００５５】第９，１０段目のＩ，Ｊの波形はＬＰＦ２
７，２８の出力側の２つの信号Ｉ，Ｊを示し、Ｉ，Ｊの
波形は基準電圧ＶS に対して直流化されたもので、磁歪
シャフト２に正のトルクを加えたときには、図２に示す
如く、Ｉの波形は基準電圧ＶS に対して下側になり、Ｊ
の波形は上側になる。一方、負のトルクを加えたときに
は、図３に示す如く、Ｉの波形は基準電圧ＶS に対して
上側になり、Ｊの波形は下側になる。

【００５６】第１１段目のＫの波形は差動増幅回路２９
の出力端子Ｋからの信号を示し、該Ｋの波形はＪの波形
からＩの波形を差算したもので、磁歪シャフト２に正の
トルクを加えたときには、図２に示す如く、零電圧に対
して上側になり、負のトルクを加えたときには、図３に
示す如く、ゼロ電圧に対して下側になる。

【００５７】然るに、本実施例では、トルク検出装置の
検出回路を、励磁および検出コイル９，１０を直列に接
続したハーフブリッジ回路２１に三角波を三角波発生装
置２２から入力し、励磁および検出コイル９，１０の変
化を位相検波回路２５および処理回路２６で処理する構
成とすることで、従来技術のフルブリッジ回路１１とは
異なり、簡単に構成することができ、部品点数を削減で
きると共に、平衡状態を設定する調整作業を省略するこ
とができる。

【００５８】また、フルブリッジ回路を簡略化したハー
フブリッジ回路２１であっても、位相が１８０°異なる
三角波を該ハーフブリッジ回路２１の両端側から入力す
ることにより、フルブリッジ回路と同等以上のトルク検
出を行なうことができる。

【００５９】さらに、位相検波回路２５に入力される信
号を、増幅回路２３からの信号と該増幅回路２３からの
信号を反転させた反転回路２４からの信号とをそれぞれ
入力するようにしたから、位相検波回路２５からの出力
波形を全波整流波形とすることができ、先行技術の処理
回路からの出力信号（Ｋの波形）に比べて、処理回路中
の差動増幅回路２９の増幅率を大きくすることなく、大
きな出力信号を得ることができる。これにより、励磁お
よび検出コイル９，１０の検出時における誤差の出力信
号に含まれる割合（Ｓ／Ｎ比）を大きくでき、先行技術
に比べトルクの検出精度を向上させることができる。

【００６０】次に、本発明による第２の実施例を図４お
よび図５に基づいて説明するに、本実施例の特徴は、第
１の実施例における増幅回路２３と反転回路２４とを具
体的な回路で示したもので、励磁および検出コイル９，
１０の中点と位相検波回路２５との間に、該中点からの
信号を反転増幅させる反転増幅回路と、該反転増幅回路
からの信号を反転させる反転回路とを設けたことにあ
る。なお、前述した第１の実施例と同一の要素に同一の
符号を付し、その説明を省略するものとする。

【００６１】図中、４１は反転増幅回路を示し、該反転
増幅回路４１は入力補償コンデンサ４２を介して励磁お
よび検出コイル９，１０の中点に接続されている。該反
転増幅回路４１は演算増幅器（以下、「オペアンプ４
３」という）４３と、該オペアンプ４３の反転入力端子
に接続された抵抗値Ｒ1 を有する入力抵抗４４と、前記
オペアンプ４３の出力端子と反転入力端子との間に接続
された抵抗値Ｒ2 を有する負帰還抵抗４５と、非反転入
力端子と基準電圧発生装置３０との間に接続された抵抗
値Ｒ3 を有する抵抗４６とから構成され、前記オペアン
プ４３の出力端子は位相検波回路２５と後述する反転回
路４７に接続されている。

【００６２】また、前記反転増幅回路４１は励磁および
検出コイル９，１０の中点（接続点）Ｃから出力波形
を、即ち図５の第３段目に示すＣの波形を第４段目の
Ｄ′の波形のように反転増幅させる。

【００６３】４７は反転増幅回路４１の出力側に接続さ
れた反転回路を示し、該反転回路４７は前記オペアンプ
４３と同一特性を有する演算増幅器（以下、「オペアン
プ４８」という）４８と、該オペアンプ４８の反転入力
端子と前記反転増幅回路４１の出力側との間に接続さ
れ、抵抗値Ｒ4 を有する入力抵抗４９と、前記オペアン
プ４８の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵
抗値Ｒ5 （Ｒ5 ＝Ｒ4 ）を有する負帰還抵抗５０と、非
反転入力端子と基準電圧発生装置３０との間に接続され
た抵抗値Ｒ6 を有する抵抗５１とから構成され、前記オ
ペアンプ４８の出力端子は位相検波回路２５に接続され
ている。

【００６４】また、前記反転回路４７からの波形は、前
記反転増幅回路４１からの信号（Ｄ′の波形）を図５の
５段目のＥ′の波形のように反転させる。

【００６５】このように構成される本実施例によるトル
ク検出装置においても、前述した第１の実施例とほぼ同
様に、フルブリッジ回路を簡略化したハーフブリッジ回
路２１であっても、位相が１８０°異なる三角波を該ハ
ーフブリッジ回路２１の両端側から入力することによ
り、フルブリッジ回路と同等以上のトルク検出を行なう
ことができる。

【００６６】そして、本実施例においては、ハーフブリ
ッジ回路２１からの信号を、反転増幅回路４１によって
反転増幅した信号と、該反転増幅回路４１からの信号を
反転回路４７によって反転させた信号とに波形成形し、
それぞれの信号を位相検波回路２５に入力するようにし
たから、該位相検波回路２５からの出力波形を全波整流
波形とすることができ、処理回路中の差動増幅回路の増
幅率を大きくすることなく、大きな出力信号を得ること
ができる。これにより、励磁および検出コイル９，１０
の検出時における誤差の出力信号に含まれる割合（Ｓ／
Ｎ比）を大きくでき、先行技術に比べトルクの検出精度
を向上させることができる。

【００６７】次に、図６および図７は本発明の第３の実
施例を示すに、本実施例の特徴は、励磁および検出コイ
ル９，１０の中点と位相検波回路２５との間に、該中点
からの信号を反転増幅させる反転増幅回路と、前記中点
からの信号を非反転増幅する非反転増幅回路とを並列に
設けたことにある。なお、前述した第２の実施例と同一
の要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。

【００６８】図中、６１は非反転増幅回路を示し、該非
反転増幅回路６１は入力補償コンデンサ６２を介して励
磁および検出コイル９，１０の中点に接続され、反転増
幅回路４１と並列に接続されている。該非反転増幅回路
６１は反転増幅回路のオペアンプ４３と同一特性を有す
る演算増幅器（以下、「オペアンプ６３」という）６３
と、該オペアンプ６３の反転入力端子と基準電圧発生装
置３０の出力側との間に接続され、抵抗値Ｒ7 を有する
抵抗６４と、前記オペアンプ６３の出力端子と反転入力
端子との間に接続された抵抗値Ｒ8 を有する負帰還抵抗
６５と、非反転入力端子と基準電圧発生装置３０との間
に接続された抵抗値Ｒ9 を有する抵抗６６とから構成さ
れ、前記オペアンプ６３の出力端子は位相検波回路２５
に接続されている。

【００６９】また、前記非反転増幅回路６１からの波形
は、ハーフブリッジ回路２１からの信号（図７の３段目
のＣの波形）を図７の５段目のＥ″の波形のように非反
転増幅させる。

【００７０】このように構成される本実施例によるトル
ク検出装置においても、前述した第１の実施例とほぼ同
様に、フルブリッジ回路を簡略化したハーフブリッジ回
路２１であっても、位相が１８０°異なる三角波を該ハ
ーフブリッジ回路２１の両端側から入力することによ
り、フルブリッジ回路と同等以上のトルク検出を行なう
ことができる。

【００７１】そして、本実施例においては、ハーフブリ
ッジ回路２１からの信号を、反転増幅回路４１によって
反転増幅させた信号と、ハーフブリッジ回路２１からの
信号を非反転増幅回路６１によって非反転増幅させた信
号とに波形成形し、それぞれの信号を位相検波回路２５
に入力するようにしたから、該位相検波回路２５からの
出力波形を全波整流波形とすることができ、処理回路中
の差動増幅回路の増幅率を大きくすることなく、大きな
出力信号を得ることができる。これにより、励磁および
検出コイル９，１０の検出時における誤差の出力信号に
含まれる割合（Ｓ／Ｎ比）を大きくでき、先行技術に比
べトルクの検出精度を向上させることができる。

【００７２】さて、上述した第３の実施例の作用効果に
ついて、第２の実施例による作用効果と対比する。

【００７３】ここで、前述した第２の実施例では、反転
増幅回路４１と反転回路４７の回路にオペアンプ４３，
４８が用いられているから、次に述べる理由により誤差
が発生する。

【００７４】即ち、反転増幅回路４１において交流信号
のみの影響について考えると、オペアンプ４３の反転入
力端子への入力電圧をＶC 、信号源電圧をＶi 、非反転
入力端子の入力電圧をＶn 、出力電圧をＶD とすると、
下記の数６が成り立つ。

【００７５】

【数６】ただし、Ａv ：開放電圧利得

【００７６】ここで、Ａv ＝∞であるならば、誤差の少
ない出力電圧ＶD を得ることができるが、実際には標準
のオペアンプでは１００ｄＢ程度であり、また周波数が
高くなるとＡv は減少することになる。

【００７７】そこで、閉ループ利得をＡvcl とすると、
前記数６により下記の数７が得られる。

【００７８】

【数７】

【００７９】いま、Ａv ＝∞であるならば、Ａvcl ＝−
Ｒ2 ／Ｒ1 となり、増幅誤差は零になるが、Ａv ≠∞の
ときには、１／（Ａv β）が増幅誤差となる。一般に
は、前記Ａv βは「帰還量」と呼ばれ、これが大きいほ
ど増幅誤差は小さくなる。

【００８０】ここで、前述した第２の実施例による反転
増幅回路４１を具体的な数値で表すと、周波数３０kHz
、Ａv ＝４０ｄＢ、増幅率Ｒ2 ／Ｒ1 ＝１０のときに
は、帰還率β，増幅誤差１／（Ａv β）および閉ループ
利得Ａvcl はそれぞれ数８のようになる。

【００８１】

【数８】

【００８２】そして、図５の４段目に示すＤ′の波形の
ように、真値（一点鎖線）に対して約９．９％低減した
波形（実線）を示すようになる。

【００８３】さらに、反転回路４７において交流信号の
みの影響について考えると、前述した反転増幅回路４１
とほぼ同様に計算でき、該反転回路４７においては、抵
抗値の関係がＲ4 ＝Ｒ5 となっているから、帰還率β′
は１／２となる。さらに、反転回路４７においては、反
転増幅回路４１からの出力電圧ＶD が反転回路４７の入
力電圧となっているから、当該反転回路４７の閉ループ
利得Ａvcl ′は下記の数９のようになる。なお、反転回
路４７からの出力電圧はＶE とする。

【００８４】

【数９】

【００８５】ここで、前述した第２の実施例による反転
回路４７を具体的な数値で表すと、周波数３０kHz 、Ａ
v ＝４０ｄＢ、増幅率Ｒ2 ／Ｒ1 ＝１０のときには、増
幅誤差は数１０のようになる。

【００８６】

【数１０】

【００８７】そして、図５の５段目に示すＥ′の波形の
ように、真値（一点鎖線）に対して約１１．７％低減し
た波形（実線）を示すようになる。

【００８８】このように、前述した第２の実施例のおい
ては、オペアンプ４３，４８の性能により、増幅誤差が
発生し、検出精度を若干低下させていることが分かる。

【００８９】これに対し、第３の実施例による非反転増
幅回路６１においても交流信号のみの影響について考え
ると、前記数７と同様に閉ループ利得Ａvcl ″は次の数
１１のようになる。なお、非反転増幅回路６１からの出
力電圧はＶE ″とする。

【００９０】

【数１１】

【００９１】ここで、具体的に考えると、反転増幅回路
４１と同一の増幅率を得るためには、（Ｒ7 ＋Ｒ8 ）／
Ｒ7 ＝１０となり、前記数１１中の帰還量Ａv β″と閉
ループ利得Ａvcl ″は数１２となる。

【００９２】

【数１２】

【００９３】そして、図７の５段目に示すＥ″の波形の
ように、真値（一点鎖線）に対して約９．１％低減した
波形（実線）を示すようになる。

【００９４】このように、本実施例においては、ハーフ
ブリッジ回路２１からの信号を反転増幅回路４１と非反
転増幅回路６１に並列に入力し、ぞれぞれ同一の増幅率
で波形成形して、位相検波回路２５に出力するようにし
たから、反転増幅回路４１の増幅誤差が非反転増幅回路
６１に重畳することがなく、該非反転増幅回路６１の誤
差を小さくすることができる。この結果、第２の実施例
に比べて位相検波回路２５に入力される信号中の増幅誤
差を小さくすることができ、トルク検出精度を一段と向
上させることができる。

【００９５】なお、前記各実施例では磁歪シャフト２に
おいては、一対の磁気異方性部６，７の部位のみを磁性
材料で形成するものとして述べたが、本発明はこれに限
らず、磁歪シャフト２の全体を磁性材料により形成する
ものでもよい。

【００９６】また、前記各実施例では平滑回路をＬＰＦ
で構成するようにしたが、本発明はＬＰＦの回路構成に
限らず、Ａ−Ｄコンバータ等により構成してもよい。さ
らに、発振装置は三角波発生装置２２に限らず、正弦波
発生回路により正弦波をハーフブリッジ回路２１に印加
するようにしてもよい。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、磁歪シャフトに加わるトルクを検出する一対の検
出コイルを直列に接続してハーフブリッジ回路とし、該
ハーフブリッジ回路の両端側に１８０°位相の異なる波
形をそれぞれ発振装置から入力し、前記ハーフブリッジ
回路からの信号を反転回路で反転させ、反転した信号と
ハーフブリッジ回路からの信号との２つの信号を位相検
波回路でそれぞれ検波して２つの全波整流波形とし、こ
の各波形を処理回路で直流化して差動増幅する処理を行
なうようにしたから、フルブリッジ回路のような平衡調
整を省略できると共に、Ｓ／Ｎ比を大きくでき、トルク
の高精度検出を行なうことができる。

【００９８】また、請求項２の発明によれば、ハーフブ
リッジ回路の中点と位相検波回路との間に、該中点から
の信号を反転増幅させる反転増幅回路と、該反転増幅回
路からの信号を反転させる反転回路とを接続することに
よっても、平衡調整の省略およびトルクの検出精度を向
上することができる。

【００９９】さらに、請求項３の発明によれば、ハーフ
ブリッジ回路の中点と位相検波回路との間に、該中点か
らの信号を反転増幅させる反転増幅回路と、前記中点か
らの信号を非反転増幅する非反転増幅回路とを接続した
から、反転増幅回路と非反転増幅回路に発生する増幅誤
差を小さくすることができ、トルクの検出精度をより向
上させることができる。

【０１００】一方、請求項４の発明によれば、位相検波
回路から出力される２つの全波整流波形を処理する処理
回路を、２個の平滑回路と、該各平滑回路からの信号を
差動増幅する差動増幅回路によって構成したから、位相
検波後の信号の誤差を低減すると共に、外部に出力され
る信号を大きくし、トルクの高精度検出を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるトルク検出装置を示す回路
図である。

【図２】磁歪シャフトに正のトルクを加えたときの、各
回路からの出力波形を示す波形図である。

【図３】磁歪シャフトに負のトルクを加えたときの、各
回路からの出力波形を示す波形図である。

【図４】第２の実施例による検出回路の要部を示す回路
図である。

【図５】磁歪シャフトに正のトルクを加えたときの、反
転増幅回路と反転回路からの出力波形を示す波形図であ
る。

【図６】第３の実施例による検出回路の要部を示す回路
図である。

【図７】磁歪シャフトに正のトルクを加えたときの、反
転増幅回路と非反転増幅回路からの出力波形を示す波形
図である。

【図８】従来技術によるトルク検出部の縦断面図であ
る。

【図９】従来技術によるトルク検出装置を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

２磁歪シャフト６，７磁気異方性部９，１０励磁および検出コイル（検出コイル）２１ハーフブリッジ回路２２三角波発生装置（発振装置）２３増幅回路２４，４７反転回路２５位相検波回路２６処理回路２７，２８ＬＰＦ（平滑回路）２９差動増幅回路４１反転増幅回路４３，４８，６３オペアンプ（演算増幅器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に離間して外周側に一対の磁気異
方性部を有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周
側に位置して各磁気異方性部に対向して設けられた一対
の検出コイルと、該各検出コイルにより形成されたハー
フブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に１
８０°位相の異なる波形をそれぞれ入力する発振装置
と、前記ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中点から
の信号を反転させる反転回路と、前記発振装置からの基
準波に基づいて検波され、該反転回路と前記各検出コイ
ルの中点から出力されるそれぞれの信号を、正の部分と
負の部分に分けた２つの全波整流波形として出力する位
相検波回路と、該位相検波回路からの２つの全波整流波
形を出力信号として処理する処理回路とから構成してな
るトルク検出装置。
【請求項２】軸方向に離間して外周側に一対の磁気異
方性部を有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周
側に位置して各磁気異方性部に対向して設けられた一対
の検出コイルと、該各検出コイルにより形成されたハー
フブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に１
８０°位相の異なる波形をそれぞれ入力する発振装置
と、前記ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中点から
の信号を反転増幅させる反転増幅回路と、該反転増幅回
路からの信号を反転する反転回路と、前記発振装置から
の基準波に基づいて検波され、該反転回路と前記反転増
幅回路からのそれぞれの信号を、正の部分と負の部分に
分けた２つの全波整流波形として出力する位相検波回路
と、該位相検波回路からの２つの全波整流波形を出力信
号として処理する処理回路とから構成してなるトルク検
出装置。
【請求項３】軸方向に離間して外周側に一対の磁気異
方性部を有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周
側に位置して各磁気異方性部に対向して設けられた一対
の検出コイルと、該各検出コイルにより形成されたハー
フブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に１
８０°位相の異なる波形をそれぞれ入力する発振装置
と、前記ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中点から
の信号を反転増幅させる反転増幅回路と、前記ハーフブ
リッジ回路の各検出コイルの中点からの信号を非反転増
幅する非反転増幅回路と、前記発振装置からの基準波に
基づいて検波され、該非反転増幅回路と前記反転増幅回
路からのそれぞれの信号を、正の部分と負の部分に分け
た２つの全波整流波形として出力する位相検波回路と、
該位相検波回路からの２つの全波整流波形を出力信号と
して処理する処理回路とから構成してなるトルク検出装
置。
【請求項４】前記処理回路は、前記位相検波回路から
出力される２つの全波整流波形をそれぞれ平滑して直流
化する２個の平滑回路と、該各平滑回路からの出力を差
動増幅し、出力信号とする差動増幅回路とから構成して
なる請求項１、２または３記載のトルク検出装置。