JPH07103832A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転軸部材１０に作用する負荷の方向を判別
するフラグを設けた場合でも、実用トルク検出域の分解
能の悪化を防止し得るトルク検出装置を提供する。 【構成】 回転軸部材１の軸線方向に所定間隔をおいて
配置された第１および第２の磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
によって検出された信号の位相差に基づいて、回転軸部
材１０に作用するトルクを検出するトルク検出装置にお
いて、上記位相差を所定のビット数を有するデジタル値
に変換する位相差検出回路２４と、回転軸部材１０に作
用する負荷方向の正負を判別する負荷方向判別回路３０
と、該負荷方向判別回路３０により判別された負荷方向
の正負に応じて、上記デジタル値を増減補正する加減算
回路３２と、該加減算回路３２により補正された上記位
相差を表すデジタル値に基づいて、回転軸部材１０に作
用するトルクを演算するトルク演算回路２８とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の動力伝達軸
のような回転軸部材に作用するトルクを検出するための
トルク検出装置に関し、特に、回転軸部材の捩れ角から
トルクを算出するトルク検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等におけるトルク検出の必
要性は増大しつつある。特に、四輪駆動における前後輪
のトルク配分においては、走行状態に対する特性曲線を
設定し、推定による間接的な制御を行う制御手段を用い
ており、車両による特性のばらつき等に伴いその精度は
必ずしも十分なものとはいえない。同様な問題は、自動
変速機をはじめとする出力軸を有する車両の各機構部に
おいても生じている。

【０００３】これに対し、回転軸部材に作用するトルク
を直接検出するようにしたトルク検出装置として、トル
ク負荷による回転軸部材の捩れ角を測定し、その捩れ角
からトルクを求めるトルク検出装置が、従来より広く知
られている。より具体的には、測定対象である回転軸部
材に少なくとも２つのロータリーエンコーダを配設した
ものが知られている。すなわち、個々のエンコーダから
の検出信号の位相差Δｔから捩れ角を求め、トルクに換
算するというものである。

【０００４】上記エンコーダの種類としては、光学的手
段を用いたもの、磁気的手段を用いたものがある（例え
ば特開昭６２−２３９０３１号公報には磁気式エンコー
ダを配設したものが開示されている）が、これらを自動
車用等のトルク検出装置に適用するには、いずれの手段
も、捩れ角を検出するために回転軸部材にスリット、歯
車等を設ける必要があり、装置が大きく重くなるととも
にロータリーエンコーダを取り付ける作業を行う際に不
可避の取付誤差を生じるという問題、さらには回転軸部
材に捩れ歪が残留して蓄積されると、２つのエンコーダ
の相対位置が徐々にずれて、トルク検出精度が経時劣化
するという問題があった。

【０００５】上記以外にも、回転軸部材の捩れ角に基づ
いてトルクを検出する方法としては、歪みにより電気抵
抗が変化する歪みゲージ式、応力の作用により磁化が変
化する磁歪効果を用いる磁歪式などがあるが、歪みゲー
ジ式においては歪みゲージの接着方法や信号の取出方法
に問題があり、磁歪式においては回転軸部材に磁歪材料
を接着したり、軸部材そのものに溝を設ける等の機械加
工を施さねばならないという問題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、特開平
３−１１５９４０号公報に開示されているようなトルク
検出装置が提案されている。

【０００７】上記公報に記載されたトルク検出装置は、
回転軸部材に、その軸線方向に所定の間隔Ｌをおいて第
１および第２の磁気記録媒体（例えば磁気ディスク）を
取付け、各磁気記録媒体に対向する位置にそれぞれ磁気
ヘッドを配置し、回転軸部材が無負荷状態にあるときに
両磁気記録媒体に同一位相の周期信号を記録するととも
に、回転軸部材に負荷が作用しているとき上記周期信号
を再生し、各磁気ヘッドからの再生信号相互間の位相差
Δｔを検出し、この位相差Δｔに基づいて式（１）によ
り回転軸部材に作用するトルクＴを算出しようとするも
のである。

【０００８】 Ｔ＝π² Ｇｄ⁴ ・Δｔ・（ｆ／ｆ₀ ）・Ｎ₀ ／１６Ｌ （１） ここで、Ｇは回転軸部材の横弾性係数、ｄは回転軸部材
の直径である。ｆは再生信号の周波数、ｆ₀ は記録信号
の周波数、Ｎ₀ は信号記録時の回転軸部材の回転数であ
る。

【０００９】上記構成のトルク検出装置においては、周
期信号を随時書き換えることが可能であり、取付け時の
誤差や経時変化に基づく誤差の無い正確なトルク検出が
可能となるが、別の問題を有している。すなわち、磁気
記録媒体に周期信号を記録する際に、回転軸部材の回転
速度が変動していると、正確な周期信号を記録すること
ができなくなり、演算の結果得られたトルク値には誤差
を含んでしまうという問題がある。一般に、車両等の駆
動系の回転軸部材は、回転速度が頻繁に変動しており、
その変動を抑えて回転速度を正確に制御することは困難
である。

【００１０】以上の問題を解決する手段として、本発明
者等は改良されたトルク検出装置を先に提案した（特願
平４−７５００２号）。

【００１１】この特願平４−７５００２号明細書によっ
て提案されたトルク検出装置は、回転軸部材の周面部に
磁気記録層を設け、この磁気記録層と対向するように回
転軸部材の周面に近接して、かつ該回転軸部材の軸線方
向に所定間隔をおいて、第１および第２磁気ヘッドを配
置し、さらに、第１磁気ヘッドに対して回転軸部材の周
方向に所定角度θ₀ をおいて第３磁気ヘッドを配置した
ものである。

【００１２】そして、無負荷時に、第１、第２磁気ヘッ
ドにより同一位相の位置信号を上記磁気記録層に記録
し、負荷が作用しているトルク検出時には、第１および
第２磁気ヘッドからそれぞれ再生される位置信号相互間
の位相差Δｔと、第１および第３磁気ヘッドからそれぞ
れ再生される位置信号相互間の時間差ｔおよび所定角度
θ₀ に基づいて回転軸部材の捩れ角θを求め、この捩れ
角θからトルクＴを算出するものである。

【００１３】これについて詳述すると、回転軸部材の捩
れ角θは、式（２）により算出することができ、 θ＝（Δｔ／ｔ）・θ₀ （２） 回転軸部材のトルクＴは、式（３）により算出すること
ができる。

【００１４】 Ｔ＝２πＧｄ⁴ ・θ／６４Ｌ （３） ここで、Ｇは回転軸部材の横弾性係数、ｄは回転軸部材
の直径、Ｌは第１および第２磁気ヘッドの回転軸部材の
軸線方向の配置間隔である。

【００１５】上記式（２）において、（Δｔ／ｔ）によ
り時間因子は相殺されるので、たとえ位置信号が正確な
周期信号として記録されていなくても誤差なくトルク検
出を行うことができる。つまり、信号記録時の回転軸部
材の回転速度やその変動による影響を受けずに、第１お
よび第３磁気ヘッドのなす角度θ₀ を基準として直接ト
ルク検出を行うことができるというきわめて優れた長所
を有するものである。このような構成により、小型で簡
単な構成のトルク検出装置を実現することができ、かつ
位置信号を随時書き替えることが可能であり、取付け時
の誤差や経時変化に基づく誤差をなくすことができた。
さらに、符号の判別による負荷方向判別手段を設けたこ
とにより、負荷方向の判別を含めトルクちの検出が可能
になった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、先願発
明によるトルク検出装置は、数々の長所を備えているも
のであるが、以下に示すような問題を有している。

【００１７】すなわち、回転軸部材に作用する負荷の方
向を判別する１ビットのフラグを設けたため、第１およ
び第２磁気ヘッドからそれぞれ再生される位置信号相互
間の位相差Δｔを検出するカウンタのビットが１ビット
減少され、実用トルク検出域の分解能が悪化するという
問題である。

【００１８】例えば、負荷方向判別フラグを設けない場
合の回転軸部材の捩れ角に換算したトルク検出域を０〜
θ₀ とし、かつ位相差検出用カウンタの分解能を１２ビ
ットとすると、この場合の回転軸部材の捩れ角に換算し
た分解能は、θ₀ ／４０９６であったものが、１ビット
の負荷方向判別フラグを設けたことにより、位相差検出
用カウンタの分解能が１１ビットになり、かつ回転軸部
材の捩れ角に換算したトルク検出域が−θ₀ 〜＋θ₀ と
実用トルク検出域よりも余分に広がることによって、回
転軸部材の捩れ角に換算した分解能が２θ₀ ／２０４８
にまで低下することになる。

【００１９】本発明は上述のような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、小型で簡単な構成
を有し、かつ位置信号を随時書き替えることが可能であ
り、しかも取付け時の誤差や経時変化に基づく誤差のな
い正確なトルク検出を可能にするとともに、回転軸部材
に作用する負荷の方向を判別するフラグを設けた場合で
も、実用トルク検出域の分解能の悪化を防止し得るトル
ク検出装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるトルク検
出装置は、請求項１に記載されているように、回転軸部
材の軸線方向に所定間隔をおいて配置された第１および
第２の回転角検出手段によって検出された回転角相互間
の位相差に基づいて、上記回転軸部材に作用するトルク
を検出するトルク検出装置において、上記位相差を所定
のビット数を有するデジタル値に変換するデジタル変換
手段と、上記回転軸部材に作用する負荷方向の正負を判
別する負荷方向判別手段と、該負荷方向判別手段により
判別された負荷方向の正負に応じて、上記デジタル値を
増減補正する補正手段と、該補正手段により補正された
上記位相差を表すデジタル値に基づいて、上記回転軸部
材に作用するトルクを演算するトルク演算手段と、を備
えてなることを特徴とするものである。

【００２１】本発明に係わるトルク検出装置の好ましい
態様によれば、請求項２に記載されているように、上記
デジタル変換手段が時間カウンタにより構成されるとと
もに、上記回転軸部材の回転数を検出する回転数検出手
段が設けられ、該回転数検出手段により検出された上記
回転軸部材の回転数に対応する時間要素が、上記補正手
段による上記デジタル値の補正に用いられる。

【００２２】上記デジタル変換手段は、請求項３に記載
されているように、上記回転軸部材の回転に同期する回
転同期カウンタであっても良い。

【００２３】また、本発明に係わるトルク検出装置の１
つの態様によれば、請求項４に記載されているように、
上記デジタル値は、上記回転軸部材に作用する負荷方向
が正のとき、該負荷方向が負のときよりも大きくなるよ
うに、上記補正手段により補正される。

【００２４】その場合、請求項５に記載されているよう
に、上記補正手段が加減算手段よりなり、該加減算手段
により、上記回転軸部材に作用する負荷方向が正のとき
加算補正がなされ、上記回転軸部材に作用する負荷方向
が負のとき減算補正がなされる。

【００２５】

【発明の作用および効果】本発明に係わるトルク検出装
置は、回転軸部材に作用する負荷方向の正負に応じて、
上記デジタル値を増減補正する補正手段を備えているの
で、正負のうちの一方側のデジタル変換分解能を、他方
側よりも高めることができる。したがって、主としてト
ルク検出を必要とする側を増大補正側に設定することに
よって、ビット数を増加させることなしに、デジタル変
換分解能を高めることができ、負荷方向の正負の判別を
可能にしたにも拘らず、高精度のトルク検出が可能にな
る。

【００２６】また、回転数検出手段が設けられ、該回転
数検出手段により検出された上記回転軸部材の回転数に
対応する時間要素が、上記補正手段による上記デジタル
値の補正に用いられることによって、回転軸部材の回転
数変化の影響を受けることなく、トルク検出が可能にな
る。

【００２７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。

【００２８】図１は、本発明に係わるトルク検出装置の
実施例を示す概略的構成図である。

【００２９】このトルク検出装置は、回転軸部材に作用
するトルクを検出するトルク検出装置であって、例えば
自動車用自動変速機等の動力伝達軸よりなる回転軸部材
１０の左端部にエンジン等の駆動源（図示は省略）が接
続され、右端部に負荷（図示は省略）が接続されてい
る。

【００３０】回転軸部材１０の外周面には、第１および
第２磁気記録層１２ａ，１２ｂが回転軸部材１０の軸線
方向に所定間隔をおいてリング状に形成されている。こ
れら磁気記録層１２ａ，１２ｂは、例えば、エポキシ系
などの樹脂バインダ中にフェライトなどの磁気粉末を分
散させた磁気塗料を、回転軸部材１０の外周面上の２箇
所にリング状に塗布することにより、あるいは、金属コ
バルトなどの磁性膜を回転軸部材１０の外周面の所要部
位にメッキすることにより形成することができる。な
お、回転軸部材１０が磁性材よりなる場合は、とくに磁
気記録層１２ａ，１２ｂを回転軸部材１０に設けること
は必要でない。

【００３１】上記磁気記録層１２ａ，１２ｂに対して
は、所定の位置信号の記録再生を行うために、回転軸部
材１０の軸線方向に所定間隔Ｌをおいて配置された第１
および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ（回転角検出手
段）がそれぞれ近接対向して配置され、さらに、第１磁
気ヘッド１４ａに対して回転軸部材１０の回転方向に所
定角度θ₀ （例えば、１０゜）をおいて配置された第３
磁気ヘッド１４ｃが第１磁気記録層１２ａに近接対向し
て配置されている。本実施例においては、第１〜第３磁
気ヘッド１４ａ〜１４ｃと回転軸部材１０の外周面との
クリアランスは１０μｍに設定されている。

【００３２】第１および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
は記録回路１６に接続されており、この記録回路１６か
ら出力された同一位相の位置信号Ｓ_W が第１および第２
磁気ヘッド１４ａ，１４ｂをそれぞれ介して上記磁気記
録層１２ａ，１２ｂに記録され、かつ第１〜第３磁気ヘ
ッド１４ａ〜１４ｃを介して再生されるるようになって
いる。

【００３３】各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介
してそれぞれ再生された位置信号Ｓａ１，Ｓｂ１，Ｓｃ
１は、増幅器１８、フィルタ回路２０および波形整形回
路２２よりなる再生手段によって、矩形波信号Ｓａ２，
Ｓｂ２，Ｓｃ２にそれぞれ変換され、これら３つの位置
信号のうち、第１および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
からの矩形波信号Ｓａ２，Ｓｂ２は、これら相互間の位
相差Δｔを検出する位相差検出回路２４と、回転軸部材
１０に作用する負荷の方向を判定する負荷方向判別回路
（負荷方向判別手段）３０とに供給され、第１および第
３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃからの矩形波信号Ｓｓ２，
Ｓｃ２は、これら相互間の時間差ｔを検出する時間差検
出回路２６に供給される。

【００３４】上記位相差検出回路２４の出力と上記負荷
方向判別回路３０の出力と、上記時間差検出回路２６の
出力とは加減算回路（補正手段）３２に供給され、この
加減算回路３２の出力と、上記時間差検出回路２６の出
力とに基づいて、トルク演算回路（トルク演算手段）２
８において回転軸部材１０の捩れ角θが算出されるとと
もに、この捩れ角θに基づいて、回転軸部材１０に作用
するトルクＴが算出されるように構成されている。

【００３５】次に、本実施例における位相差検出回路２
４、時間差検出回路２６および加減算回路３２の構成お
よび本実施例の動作について、図２のブロック図および
図３のタイミングチャ−トを参照しながら説明する。

【００３６】回転軸部材１０が負荷から解放されて回転
している無負荷状態で、記録回路１６は、所定の記録用
パルス信号を発生させて第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂに同時に送り、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
を介して回転軸部材１０の磁気記録層１２ａ，１２ｂ上
に同一位相の位置信号（磁気パターン）を記録する。こ
のとき、回転軸部材１０の周方向に等間隔となるように
位置信号を記録する必要はなく、第１磁気ヘッド１４ａ
および第３磁気ヘッド１４ｃがなす角度θ₀ によって定
まる間隔よりも広い間隔であれば、位置信号は任意の間
隔で記録可能である（原理的には位置信号として単一パ
ルス信号を記録するだけでも足りるが、後のトルク算出
を行う際のサンプリングタイム、検出精度、回転軸部材
１０の回転速度等を考慮すると、実用上は、できるだけ
等間隔で数多くのパルスを記録することが好ましい）。

【００３７】上記無負荷状態では、第１および第２磁気
ヘッド１４ａ，１４ｂを介して各磁気記録層１２ａ，１
２ｂに記録されている位置信号を再生したときの再生信
号Ｓａ１，Ｓｂ１は、同一位相の波形となる。

【００３８】一方、回転軸部材１０に負荷（トルク）が
加わった負荷状態において、各磁気ヘッド１４ａ，１４
ｂを介して各磁気記録層１２ａ，１２ｂに記録されてい
る位置信号を再生したときの再生信号Ｓａ１，Ｓｂ１
は、位相がΔｔだけずれた波形となる。また、このと
き、磁気ヘッド１４ｃを介して磁気記録層１２ｃに記録
されている位置信号を再生したときの再生信号Ｓｃ１
は、再生信号Ｓａ１に対して時間差ｔをもった波形とな
る。これら各再生信号Ｓａ１，Ｓｂ１およびＳｃ１は、
それぞれ増幅器１８に入力される。増幅器１８に入力さ
れた信号は該増幅器１８において増幅された後、フィル
タ回路２０において高周波ノイズ成分をカットされ、さ
らに波形整形回路２２において、図３に示すような矩形
波信号Ｓａ２，Ｓｂ２およびＳｃ２に波形整形される。
さらに、これら矩形波信号のうち、磁気ヘッド１４ａお
よび１４ｂでそれぞれ再生され、かつ波形整形された、
位相差Δｔ（信号の立ち下がりで比較）を有する矩形波
信号Ｓａ２およびＳｂ２は、位相差検出回路２４および
負荷方向判別回路（負荷方向判別手段）３０へ送出され
る。また、磁気ヘッド１４ａおよび１４ｃでそれぞれ再
生され、かつ波形整形された、時間差ｔ（信号の立ち下
がりで比較）を有する矩形波信号Ｓａ２およびＳｃ２
は、時間差検出回路２６へ送出される。

【００３９】図２に示すように、位相差検出回路２４
は、フリップ・フロップよりなる位相差検出器３４と、
ＡＮＤ回路３６と、第１カウンタ（デジタル変換手段）
３８と、第１メモリ４０と、時間差検出回路２６との間
で共有する基準クロック４２とを備えている。

【００４０】時間差検出回路２６は、フリップ・フロッ
プよりなる時間差検出器４４と、ＡＮＤ回路４６と、第
２カウンタ４８と、第２メモリ５０と、ビットシフト回
路５２と、第３メモリ５４と、計測終了信号出力回路５
６と、上記基準クロック４２とを備えている。

【００４１】加減算回路３２は、加減算器５８と、第４
メモリ６０とを備えている。

【００４２】位相差Δｔを有する矩形波信号Ｓａ２およ
びＳｂ２は、位相差検出回路２４の位相差検出器３４に
供給され、この位相差検出器３４からは、図３に示すよ
うな、時点τ₁ からτ₂ までの幅Δｔ₀ を有する矩形波
信号Ｓ３が出力される。この矩形波信号Ｓ３は、基準ク
ロック４２の出力とともにＡＮＤ回路３６に与えられ
て、位相差Δｔ₀ に対応するパルス数を有するクロック
パルスＳ４に変換される。このクロックパルスＳ４は第
１カウンタ３８でカウントされ、カウントが終了する
と、この第１カウンタ３８の計数値Δｔ₀ が第１メモリ
４０に転送される。

【００４３】位相差Δｔ₀ を有する矩形波信号Ｓａ２お
よびＳｂ２が与えられる負荷方向判別回路３０は、回転
軸部材１０に正方向の負荷（トルク）が加わっている場
合に、矩形波信号Ｓａ２をＳｂ２に先立って受けること
に基づいて、Ｈレベルの符号信号（フラグ）Ｓ５を出力
し、回転軸部材１０に負方向の負荷（トルク）が加わっ
ている場合に、矩形波信号Ｓｂ２をＳａ２に先立って受
けることに基づいて、Ｌレベルの符号信号Ｓ５を出力す
るように構成されている。符号信号Ｓ５は加減算回路３
２の加減算器５８に出力される。

【００４４】一方、時間差ｔを有する矩形波信号Ｓａ２
およびＳｃ２は、時間差検出回路２６の時間差検出器４
４に供給され、この時間差検出器４４からは、図３に示
すような、時点τ₁ からτ₃ までの幅ｔを有する矩形波
信号Ｓ１１が出力される。この矩形波信号Ｓ１１は、基
準クロック４２の出力とともにＡＮＤ回路４６に与えら
れて、時間差ｔに対応するパルス数を有するクロックパ
ルスＳ１２に変換される。このクロックパルスＳ１２は
第２カウンタ４８でカウントされ、カウントが終了する
と、この第２カウンタ４８の計数値ｔが第２メモリ５０
に転送される。

【００４５】本実施例では、負方向トルクが正方向トル
クよりもかなり小さく、かつ負方向トルクの検出に際し
ては、高分解能を必要としないことを前提として、正方
向トルクの検出レンジを負方向トルクの検出レンジ拡大
することにより、カウンタによる正方向トルクの検出分
解能を高めている。

【００４６】そこで、本実施例では、ビットシフト回路
５２を設けて、検出レンジのセンタをｔ／８（３ビッ
ト）だけ負方向へ偏らせている。そのため、第２カウン
タ４８の計数値ｔは、第２メモリ５０からビットシフト
回路５２に送出され、ここで３ビットだけ右方へフトさ
れて、得られたｔ／８が第３メモリ５４に格納される。

【００４７】また、時間差検出器４４の出力である矩形
波信号Ｓ１１は、計測終了信号出力回路５６に与えら
れ、矩形波信号Ｓ１１の立ち下がり時点τ₃ よりも若干
遅れた時点τ₄ を立ち下がり時点とする計測終了信号Ｓ
６が加減算回路３２の加減算器５８に出力される。そし
て、この計測終了信号Ｓ６に同期して、第１メモリ４０
格納内容であるΔｔ₀ と、第３メモリ５４の格納内容で
あるｔ／８とが、時点τ₄ において加減算器５８に読み
出され、符号信号Ｓ５がＨレベル（正方向トルク）であ
れば、ｔ／８とΔｔ₀ とが加算され、この演算結果が、
補正処理されたΔｔとして第４メモリ６０に格納され
る。また、符号信号Ｓ５がＬレベル（負方向トルク）で
あれば、ｔ／８とΔｔ₀ とが減算され、この演算結果
が、補正処理されたΔｔとして第４メモリ６０に格納さ
れる。

【００４８】上記トルク演算回路（Δｔ／ｔ演算回路）
２８に対しては、時点τ₄ で出力された計測終了信号Ｓ
６に対して若干の遅延を施された信号が、時点τ₅ にお
いて加減算終了信号Ｓ７として加減算器５８から出力さ
れ、この加減算終了信号Ｓ７に同期して、第４メモリ６
０の格納内容Δｔと第２メモリ５０の格納内容ｔとがト
ルク演算回路２８に読み出される。トルク演算回路２８
は、第４メモリ６０の格納内容Δｔと第２メモリ５０の
格納内容ｔとの比（Δｔ／ｔ）を演算し、この比の値に
係数（前述の式（３）参照）を乗じたものを、負荷方向
情報を含んだトルク情報として出力する。

【００４９】このように、回転軸部材１０の回転数に対
応する時間要素ｔ／８を加減算回路３２における位相差
Δｔ₀ の加減算補正に用いることにより、回転軸部材１
０の回転数変化の影響を受けることなく、正確なトルク
検出が可能になる。

【００５０】なお、位相差Δｔ₀ をデジタル値に変換す
る時間カウンタよりなる第１カウンタ３８などに代え、
回転軸部材１０の回転に同期する回転同期カウンタを用
いても良い。

【００５１】以上の説明から明らかなように、従来のト
ルク検出装置では、１ビットの負荷方向判別フラグを設
けるために、１２ビットの位相差検出用カウンタの分解
能が１１ビット減少し、かつ回転軸部材１０の捩れ角に
換算したトルク検出域が−θ₀ 〜＋θ₀ と実用トルク検
出域よりも余分に広がることによって、回転軸部材の捩
れ角に換算した分解能が２θ₀ ／２０４８にまで低下す
るのに対し、本実施例では、正方向トルクについては、
回転軸部材１０の捩れ角に換算した実用トルク検出域−
θ₀ ／８〜＋θ₀ に対応する位相差Δｔを、１２ビット
のカウンタ分解能をもって検出することができるから、
回転軸部材１０の捩れ角に換算した分解能が１．２５θ
₀ ／４０９６となる。すなわち、本実施例では、負荷方
向の判別を可能にしたにも拘らず、従来の負荷方向判別
フラグを設けない場合の分解能θ₀ ／４０９６に近くな
るという効果を奏するものである。

【００５２】図４〜図７に示すフロ−チャ−トは、上述
した位相差検出回路２４、時間差検出回路２６、加減算
回路３２およびトルク演算回路２８の動作の説明に供す
るフロ−チャ−トである。なお、Ｐは各ステップを表
す。

【００５３】位相差検出回路２４の動作を表す図４で
は、先ず矩形波信号Ｓａ２またはＳｂ２が入力されたか
否かを判定し（Ｐ１）、信号Ｓａ２またはＳｂ２が入力
されるまで待機する（Ｐ１，Ｐ７：ＮＯ）。信号Ｓａ２
がＳｂ２よりも先に入力されると（Ｐ１：ＹＥＳ）、位
相差検出器３４の出力信号Ｓ３をＨレベルにし、かつ第
１カウンタ３８をスタ−トさせ（Ｐ２）、負荷方向判別
回路３０の出力信号Ｓ５をＨレベルにする（Ｐ３）。そ
して、信号Ｓｂ２が入力されたか否かをが判定し（Ｐ
４）、信号Ｓｂ２が入力されるまで待機する（Ｐ４：Ｎ
Ｏ）。信号Ｓｂ２が入力されると（Ｐ４：ＹＥＳ）、位
相差検出器３４の出力信号Ｓ３をＬレベルにし、かつ第
１カウンタ３８をストップさせ（Ｐ５）、第１カウンタ
３８の計数値Δｔ₀ を第１メモリ４０に転送し（Ｐ
６）、Ｐ１へリタ−ンする。

【００５４】一方、矩形波信号Ｓｂ２がＳａ２よりも先
に入力された場合には（Ｐ１：ＮＯ，Ｐ７：ＹＥＳ）、
位相差検出器３４の出力信号Ｓ３をＨレベルにし、かつ
第１カウンタ３８をスタ−トさせ（Ｐ８）、負荷方向判
別回路３０の出力信号Ｓ５をＬレベルにする（Ｐ９）。
そして、信号Ｓａ２が入力されたか否かを判定し（Ｐ１
０）、信号Ｓａ２が入力されるまで待機する（Ｐ１０：
ＮＯ）。信号Ｓａ２が入力されると（Ｐ１０：ＹＥ
Ｓ）、位相差検出器３４の出力信号Ｓ３をＬレベルに
し、かつ第１カウンタ３８をストップさせ（Ｐ５）、第
１カウンタ３８の計数値Δｔ₀ を第１メモリ４０に転送
し（Ｐ６）、Ｐ１へリタ−ンする。

【００５５】次に、時間差検出回路２６の動作を表す図
５では、先ず矩形波信号Ｓａ２が入力されたか否かを判
定し（Ｐ１１）、信号Ｓａ２が入力されるまで待機する
（Ｐ１１：ＮＯ）。信号Ｓａ２が入力されると（Ｐ１
１：ＹＥＳ）、時間差検出器４４の出力信号Ｓ１１をＨ
レベルにし、かつ第２カウンタ４８をスタ−トさせる
（Ｐ１２）。次に、信号Ｓｃ２が入力されたか否かを判
定し（Ｐ１３）、信号Ｓｃ２が入力されるまでは待機し
（Ｐ１３：ＮＯ）する。信号Ｓｃ２が入力されると（Ｐ
１３：ＹＥＳ）、時間差検出器４４の出力信号Ｓ１１を
Ｌレベルにし、かつ第２カウンタ４８をストップさせ
（Ｐ１４）、第２カウンタ４８の計数値ｔを第２メモリ
５０に転送する（Ｐ１５）。次に、第２カウンタ４８の
計数値ｔを３ビット右にシフトしてｔ／８とし（Ｐ１
６）、このｔ／８の値を第３メモリ５４に格納し（Ｐ１
７）、計測終了信号Ｓ６を加減算器５８に出力して（Ｐ
１８）、Ｐ１１へリタ−ンする。。

【００５６】また、加減算回路３２の動作を表す図６で
は、先ず計測終了信号Ｓ６が入力されたか否かを判定し
（Ｐ２１）、信号Ｓ６が入力されるまでは待機する（Ｐ
２１：ＮＯ）。信号Ｓ６が入力されると（Ｐ２１：ＹＥ
Ｓ）、負荷方向判別回路３０の出力信号Ｓ５がＨレベル
か否かを判定し（Ｐ２２）、Ｈレベルであれば（Ｐ２
２：ＹＥＳ）、第１メモリ４０と第３メモリ５４の内容
を加算し（Ｐ２３）、この加算値（Δｔ₀ ＋ｔ／８）を
補正処理されたΔｔとして第４メモリ６０に格納し
（Ｐ２５）、加減算終了信号Ｓ７をトルク演算回路２８
に出力して（Ｐ２６）、Ｐ２１へリタ−ンする。

【００５７】一方、信号Ｓ５がＬレベルであれば（Ｐ２
２：ＮＯ）、第１メモリ４０と第３メモリ５４の内容を
減算し（Ｐ２４）、この減算値（Δｔ₀ −ｔ／８）を補
正処理されたΔｔとして第４メモリ６０に格納し（Ｐ２
５）、加減算終了信号Ｓ７をトルク演算回路２８に出力
して（Ｐ２６）、Ｐ２１へリタ−ンする。

【００５８】さらに、トルク演算回路２８の動作を表す
図７では、先ず加減算終了信号Ｓ７が入力されたか否か
を判定し（Ｐ３１）、信号Ｓ７が入力されるまでは待機
（Ｐ３１：ＮＯ）する。信号Ｓ７が入力されると（Ｐ３
１：ＹＥＳ）、第４メモリ６０と第２メモリ５０の内容
の比（Δｔ／ｔ）を演算し（Ｐ３２）、この比に所定の
係数を乗じ、その演算結果を出力するようになっている
（Ｐ３３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルク検出装置の実施例を示す概
略的構成図

【図２】図１のトルク検出装置の要部の構成を示すブロ
ック図

【図３】図２の装置の動作を示すタイミングチャート

【図４】位相差検出回路の動作を示すフロ−チャ−ト

【図５】時間差検出回路の動作を示すフロ−チャ−ト

【図６】加減算回路の動作を示すフロ−チャ−ト

【図７】トルク演算回路の動作を示すフロ−チャ−ト

【符号の説明】

１０ 回転軸部材 １２ａ，１２ｂ 磁気記録層 １４ａ 第１磁気ヘッド １４ｂ 第２磁気ヘッド １４ｃ 第３磁気ヘッド １６ 記録回路 ２４ 位相差検出回路 ２６ 時間差検出回路 ２８ トルク演算回路（トルク演算手段） ３０ 負荷方向判別回路（負荷方向判別手段） ３２ 加減算回路（補正手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸部材の軸線方向に所定間隔をおい
   て配置された第１および第２の回転角検出手段によって
   検出された回転角相互間の位相差に基づいて、上記回転
   軸部材に作用するトルクを検出するトルク検出装置にお
   いて、 上記位相差を所定のビット数を有するデジタル値に変換
   するデジタル変換手段と、 上記回転軸部材に作用する負荷方向の正負を判別する負
   荷方向判別手段と、 該負荷方向判別手段により判別された負荷方向の正負に
   応じて、上記デジタル値を増減補正する補正手段と、 該補正手段により補正された上記位相差を表すデジタル
   値に基づいて、上記回転軸部材に作用するトルクを演算
   するトルク演算手段と、を備えてなることを特徴とする
   トルク検出装置。
2. 【請求項２】 上記デジタル変換手段が時間カウンタに
   より構成されるとともに、上記回転軸部材の回転数を検
   出する回転数検出手段が設けられ、該回転数検出手段に
   より検出された上記回転軸部材の回転数に対応する時間
   要素が、上記補正手段による上記デジタル値の補正に用
   いられることを特徴とする請求項１記載のトルク検出装
   置。
3. 【請求項３】 上記デジタル変換手段が上記回転軸部材
   の回転に同期する回転同期カウンタよりなることを特徴
   とする請求項１記載のトルク検出装置。
4. 【請求項４】 上記デジタル値は、上記回転軸部材に作
   用する負荷方向が正のとき、該負荷方向が負のときより
   も大きくなるように、上記補正手段により補正されるこ
   とを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
5. 【請求項５】 上記補正手段が加減算手段よりなり、該
   加減算手段により、上記回転軸部材に作用する負荷方向
   が正のとき加算補正がなされ、上記回転軸部材に作用す
   る負荷方向が負のとき減算補正がなされることを特徴と
   する請求項４記載のトルク検出装置。