(57)【要約】  本体に取り付けられる回転体のトルクを検出するトルク検出装置であって、トルク検出装置は、回転体に取り付けられる歪検出部と、本体に取り付けられる発信回路と、本体に取り付けられ、歪検出部から出力される信号をトルク信号に変換する検出回路とを備えている。そして、歪検出部と発信回路との電気的接続を電磁結合部で行い、歪検出部と検出回路との電気的接続を同じ電磁結合部で行う。この構成により、検出精度の高いトルク検出装置を小型化することができる。
2013179646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に取り付けられる回転体のトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記トルク検出装置は、
前記回転体に取り付けられる歪検出部と、
前記本体に取り付けられる発信回路と、
前記本体に取り付けられ、前記歪検出部から出力される信号をトルク信号に変換する検出回路
とを備え、
前記歪検出部と前記発信回路との電気的接続を電磁結合部で行い、
前記歪検出部と前記検出回路との電気的接続を前記電磁結合部で行う
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のトルク検出装置であって、
前記電磁結合部が第１のコイルと第２のコイルで構成される
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のトルク検出装置であって、
前記歪検出部は、
周波数出力型のセンサ素子を有するセンサ部と、
前記発信回路から供給される発信信号から、前記センサ素子を駆動させる駆動信号を生成する電源回路と、
スイッチング回路と、
を有し、
前記第１のコイルは前記発信回路と前記検出回路とが接続され、
前記第２のコイルは、前記電源回路と前記センサ部とが接続され、
前記スイッチング回路は、前記センサ素子からの出力信号を用いて前記第２のコイルの誘起電圧を形成する
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
請求項３記載のトルク検出装置であって、
前記検出回路は、２値化回路と、前記２値化回路から出力された２値化信号を波形整形する波形整形回路とを備え、
前記２値化回路は、
前記第２のコイルに発信される誘起電圧に応じて、前記第１のコイルに誘起する脈流波形を所定の電圧に変換して、第１の分圧信号を出力する第１の分圧回路と、前記脈流波形を所定の電圧に変換して第２の分圧信号を成形した後に整流し平滑して基準電圧を生成する第２の分圧回路とを有し、
前記第１の分圧信号を前記基準電圧と比較して２値化する
ことを特徴としたトルク検出装置。
【請求項５】
請求項４記載のトルク検出装置であって、
前記波形整形回路は、単安定マルチバイブレータで構成することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項６】
請求項１記載のトルク検出装置であって、
前記歪検出部は、電源回路とセンサ部とを有し、
前記電源回路と前記発信回路との電気的接続を前記電磁結合部で行い、
前記センサ部と前記検出回路との電気的接続を前記電磁結合部で行う
ことを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体に働くトルクの大きさを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に知られている従来の回転体のトルク検出の方法は以下の通りである。まず、回転体に取り付けられた歪検出素子を所定の周波数で振動させ、回転体にトルクを印加する。次に、回転体にトルクを印加すると、歪検出素子が変形する。そして、歪検出素子が変形する時の振動周波数の変化を読み取り、その変化をトルク値に変換することで、回転体のトルクが検出される。【０００３】
先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０４２号公報
【発明の概要】
【０００５】
歪検出素子を所定の周波数で振動させる駆動回路や、歪検出素子から出力される信号をトルク情報信号に変換する検出回路は、回転体が取り付けられる本体に配置させる。この場合、本体に取り付けられた駆動回路や検出回路と、回転体に取り付けられた歪検出素子との電気的接続は、スリップリングなどの機械的接触手段を用いることが考えられる。しかし、電気的接続に機械的接続手段を用いた場合、機械的接触手段の磨耗や変形に伴い接触抵抗が変化しトルク検出装置の検出精度が変化してしまうなどの問題が生じる。
【０００６】
機械的接触手段の替わりとして機械的な接触を必要としない結合コイルなどの電磁結合手段を用いることが考えられる。しかしながら、駆動回路と歪検出素子との結合や、検出回路と歪検出回路との接続といった電気的な接続を要する部分のそれぞれを、電磁結合手段を用いて別個に結合させる手段が考えられる。しかしながら電磁結合手段が別個に設けられると、トルク検出装置自体が大型化してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は検出精度の高く小型のトルク検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明の一態様は、本体に取り付けられる回転体のトルクを検出するトルク検出装置であって、トルク検出装置は、回転体に取り付けられる歪検出部と、本体に取り付けられる発信回路と、本体に取り付けられ、歪検出部から出力される信号をトルク信号に変換する検出回路とを備えている。そして、歪検出部と発信回路との電気的接続を電磁結合部で行い、歪検出部と検出回路との電気的接続を同じ電磁結合部で行う。
【０００９】
この構成により本発明は、検出精度の高いトルク検出装置を小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置のブロック回路図である。
【図２】図２は、図１に示すトルク検出装置を構成するセンサ素子の正面図である。
【図３】図３は、センサ素子の歪に対する梁部の振動周波数の変化を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置を搭載した電動アシスト自転車を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す電動アシスト自転車のスプロケット部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置について図１を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置のブロック回路図である。トルク検出装置は、本体（図示せず）に取り付けられた回転体（図示せず）のトルクを検出する。トルク検出装置は、回転体に配置される歪検出部１と、本体に設けられる制御回路２で構成される。
【００１３】
まず、歪検出部１の構成について説明する。
【００１４】
歪検出部１は、電源回路３、センサ部４、スイッチング回路２０、第２のコイル１８とで構成される。電源回路３はセンサ部４に電源を供給する。センサ部４は、駆動信号を生成する駆動制御部５、センサ素子６、差分回路７で構成される。駆動制御部５は駆動信号を生成し、センサ素子６は駆動制御部５から出力される駆動信号が、センサ素子６を所定の周波数で振動させる。センサ素子６から出力される検出信号は、差分回路７で差分処理される。
【００１５】
次に図２を参照しながらセンサ素子６の構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、センサ素子６は矩形状のシリコン基板８の中央部分に、梁部９ａ、９ｂが設けられている。梁部９ａ、９ｂはそれぞれ、図面の横方向、図面の縦方向に延伸している。
【００１７】
各梁部９ａ、９ｂには電源回路３から出力される駆動信号により伸縮する駆動電極１０及び、梁部９ａ、９ｂの振動に応じて検出信号を生成する検出電極１１が配置されている。
【００１８】
なお、例えば、駆動電極１０や検出電極１１はＰＺＴ圧電体層をＰｔ電極とＡｕ電極で挟み込んだ積層構造体で構成される。例えば、駆動電極１０であれば駆動信号の周波数に応じて電極を伸縮させて梁部９ａ、９ｂを振動させ、検出電極１１であれば梁部９ａ、９ｂの振動に応じた検出信号を励起する。
【００１９】
つまり、回転体にセンサ素子６を取り付けて、駆動信号により所定の周波数で梁部９ａ、９ｂを基本振動させておくことで、回転体にトルクを印加することで回転体に歪が生じる。回転体に生じる歪によりセンサ素子６が歪み、センサ素子６の歪に伴い検出電極１１から出力される検出信号の振動周波数が変化する。
【００２０】
より具体的に説明すると、センサ素子６に対して矢印で示すように側方（図面の左側）からの外力が加わった場合、歪の方向と延伸方向が一致する梁部９ａには圧縮応力が加わる。よって、図３の実線に示すように梁部９ａの振動周波数が外力に応じて低くなる。また、歪の方向と延伸方向が直交する梁部９ｂには引張応力が加わり図３の実線に示すように梁部９ｂの振動周波数は外力に応じて高くなる。従って、それぞれの検出電極１１から出力される検出信号を差分回路７で差分処理することで、差分回路７は、トルクに応じた周波数の変化を効率よく出力する。
【００２１】
次に、図１を参照しながら制御回路２の構成について説明する。
【００２２】
本体に配置される制御回路２は、電源回路３の駆動信号を生成する発信回路１２と、歪検出部１から出力される信号を所定のトルク信号に成形する検出回路１３とから構成される。検出回路１３は、第１の分圧回路１４と、２値化回路１５と、波形整形回路１６とから構成される。第１の分圧回路１４は、検出部から出力された検出信号を、所定の電圧に変換する。２値化回路１５は、第１の分圧回路１４から出力される分圧信号を基準電圧と比較して２値化する。波形整形回路１６は、２値化回路１５からの出力信号を所定の出力形態のトルク信号に波形整形する。
【００２３】
次に、歪検出部１に構成されるスイッチング回路２０について説明する。
【００２４】
発信回路１２から電源回路３に送る発信信号と、センサ素子６から検出回路１３に送る検出信号とを分離して処理するために、スイッチング回路２０は設けられている。スイッチング回路２０は、センサ素子６からの出力信号を用いて第２のコイル１８の誘起電圧を形成する。よって脈流波形が、第２のコイル１８に形成される。
【００２５】
次に、第１の分圧回路１４および第２の分圧回路２１について説明する。
【００２６】
第１の分圧回路１４と第２の分圧回路２１は並列に接続されている。第２の分圧回路２１で、第２のコイル１８に誘起された脈流波形を所定の電圧に変換する。脈流波形が変換された後に、変換された信号を整流し平滑したものを２値化回路１５の基準電圧とする。この基準電圧と第１の分圧信号とが温度変化や外乱に伴う出力変動があった場合、同様に影響を受けるため、比較値への影響を抑制することができる。よって本実施の形態の検出回路１３は、検出の精度を高めた構成としている。
【００２７】
次に、図１を参照しながら説明した本実施の形態のトルク検出装置の信号波形の遷移について、図４Ａ〜図４Ｆを参照しながら説明する。
【００２８】
まず、発信回路１２から図４Ａに示す１５０ｋＨｚ程度の発信信号が発信される。次に、発信信号は電磁結合部１９により第２のコイル１８に誘起され、発信信号は電源回路３により５Ｖの電源電圧となる。そして、５Ｖの電源電圧が駆動制御部５に供給される。駆動制御部５に供給された電源電圧が、センサ素子６を振動させ、その結果、駆動信号が形成される。形成された駆動信号は、センサ素子６の駆動電極１０（図２に示す）を介し差分回路７に出力される。さらに、差分回路７は差分信号を生成し、出力する。
【００２９】
差分回路７から出力される差分信号を図４Ｂに示す。図４Ｂに示す差分信号は５ｋＨｚの信号であるため、差分信号を電磁結合部１９で結合することは困難である。そこで、差分信号は、スイッチング回路２０のスイッチング動作により図４Ｃに示す１５Ｖ、１５０ｋＨｚ程度の脈流波形の信号を生成する。この脈流波形の信号が第２のコイル１８を介して第１のコイル１７に結合される。そして、第１のコイル１７に誘起された脈流波形の信号は、第１の分圧回路１４で、図４Ｄの実線２２で示すように４Ｖ程度の信号に変換される。また、同時に、第１のコイル１７に誘起された脈流波形の信号は、第２の分圧回路２１において、所定の電圧に電圧変換される。第２の分圧回路２１では、電圧変換された脈流波形の信号が、整流されかつ平滑され、図４Ｄの実線２３に示す３Ｖ程度の基準電圧（基準信号）が生成される。
【００３０】
第１の分圧回路１４で生成される信号と、第２の分圧回路２１で形成される基準信号とが、２値化回路１５に入力される。そして、２値化回路１５に入力される信号が、２値化回路１５で、図４Ｅに示す２値化信号に変換される。
【００３１】
なお、２値化信号に変換する処理は、第１のコイル１７と第２のコイル１８間の電磁結合を行うために高周波化された検出信号を、差分回路７から出力された５ｋＨｚ程度の差分信号の周波数レベルに戻すための処理である。図４Ｅに示すＬレベル部分２４とＨレベル部分２５の脈流波形の周波数に同調したパルス波形となる。そして、このＨレベル部分２５の連続パルス波形を波形整形回路１６でＨレベル電圧波形に変換する。図４Ｆに示すように、差動回路から出力される差動信号、すなわち、センサ部４からの出力信号と同じ周波数のパルス波形のトルク信号が整形される。なお、波形整形回路１６での信号処理として、単安定マルチバイブレータが用いられると、Ｈレベル部分２５の各パルス波形をピーク値で一定時間ホールドして、Ｈレベル部分２５のピーク値が連続した波形に変換するので効率よく波形整形することが出来る。
【００３２】
以上の説明からも明らかなように本実施の形態のトルク検出装置においては、歪検出部１と制御回路２との電気的接続を、制御回路２に設けた第１のコイル１７と歪検出部１に設けた第２のコイル１８からなる電磁結合部１９で行っている。
【００３３】
つまり、歪検出部１と制御回路２との電気的接続を電磁結合部１９で行っている。よって機械的接触手段の磨耗や変形に伴う接触抵抗の変化を防止し継続使用に伴うトルク検出装置の検出精度の劣化を抑制できる。
【００３４】
また、さらには、電源回路３と発信回路１２との電気的接続と、センサ部４と検出回路１３との電気的接続という２つの電気的接続を、一つの電磁結合部１９で行っている。よって、電磁結合に必要な電磁結合部１９の共有化が図れてトルク検出装置を小型化できる。つまり、本実施の形態のトルク検出装置では、電源回路３と発信回路１２との電気的接続と、センサ部４と検出回路１３との電気的接続を同じ電磁結合部１９で共有して行っている。よって、小型化および高精度化を実現できる。
【００３５】
次に、本実施の形態のトルク検出装置の活用例を最後に説明する。
【００３６】
図５に示す例では、本実施の形態のトルク検出装置が、電動アシスト自転車におけるペダル２６を回す際にスプロケット２７にかかるトルクを検出して、本体に取り付けた補助動力部２８によるアシスト量を決める際に用いられている。この場合、図６に示すように、回転体となるスプロケット２７の梁部２９の表面にセンサ部４を配置するとともに回転軸周りに第２のコイル１８を配置する。そして図５に示すように、自転車の本体側に第１のコイル１７を含む制御回路２を配置することで、上述した本実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、歪検出部１と制御回路２のそれぞれが分離した状態で本体と回転体に配置されるので、これらを個々に樹脂カバーなどで機密封止が可能となり防塵や防水の対策ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、本体に取り付けられる回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関して、検出精度の高いトルク検出装置を小型化することができる。【００３８】
また、本発明のトルク検出装置は、小型軽量化が求められる電動アシスト自転車などの用途において有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１  歪検出部
３  電源回路
６  センサ素子
１２  発信回路
１３  検出回路
１４  第１の分圧回路
１５  ２値化回路
１６  波形整形回路
１７  第１のコイル
１８  第２のコイル
１９  電磁結合部
２０  スイッチング回路
２１  第２の分圧回路
【図１】
2013179646.tif 000003
【図２】
2013179646.tif 000004
【図３】
2013179646.tif 000005
【図４Ａ】
2013179646.tif 000006
【図４Ｂ】
2013179646.tif 000007
【図４Ｃ】
2013179646.tif 000008
【図４Ｄ】
2013179646.tif 000009
【図４Ｅ】
2013179646.tif 000010
【図４Ｆ】
2013179646.tif 000011
【図５】
2013179646.tif 000012
【図６】
2013179646.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月27日(2014.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体に働くトルクの大きさを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に知られている従来の回転体のトルク検出の方法は以下の通りである。まず、回転体に取り付けられた歪検出素子を所定の周波数で振動させ、回転体にトルクを印加する。次に、回転体にトルクを印加すると、歪検出素子が変形する。そして、歪検出素子が変形する時の振動周波数の変化を読み取り、その変化をトルク値に変換することで、回転体のトルクが検出される。
【０００３】
先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０４２号公報
【発明の概要】
【０００５】
歪検出素子を所定の周波数で振動させる駆動回路や、歪検出素子から出力される信号をトルク情報信号に変換する検出回路は、回転体が取り付けられる本体に配置させる。この場合、本体に取り付けられた駆動回路や検出回路と、回転体に取り付けられた歪検出素子との電気的接続は、スリップリングなどの機械的接触手段を用いることが考えられる。しかし、電気的接続に機械的接続手段を用いた場合、機械的接触手段の磨耗や変形に伴い接触抵抗が変化しトルク検出装置の検出精度が変化してしまうなどの問題が生じる。
【０００６】
機械的接触手段の替わりとして機械的な接触を必要としない結合コイルなどの電磁結合手段を用いることが考えられる。しかしながら、駆動回路と歪検出素子との結合や、検出回路と歪検出回路との接続といった電気的な接続を要する部分のそれぞれを、電磁結合手段を用いて別個に結合させる手段が考えられる。しかしながら電磁結合手段が別個に設けられると、トルク検出装置自体が大型化してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は検出精度の高く小型のトルク検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明の一態様は、本体に取り付けられる回転体のトルクを検出するトルク検出装置であって、トルク検出装置は、回転体に取り付けられる歪検出部と、本体に取り付けられる発信回路と、本体に取り付けられ、歪検出部から出力される信号をトルク信号に変換する検出回路とを備えている。そして、歪検出部と発信回路との電気的接続を電磁結合部で行い、歪検出部と検出回路との電気的接続を同じ電磁結合部で行う。
【０００９】
この構成により本発明は、検出精度の高いトルク検出装置を小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置のブロック回路図である。
【図２】図２は、図１に示すトルク検出装置を構成するセンサ素子の正面図である。
【図３】図３は、センサ素子の歪に対する梁部の振動周波数の変化を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置の信号波形の遷移を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置を搭載した電動アシスト自転車を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す電動アシスト自転車のスプロケット部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置について図１を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態におけるトルク検出装置のブロック回路図である。トルク検出装置は、本体（図示せず）に取り付けられた回転体（図示せず）のトルクを検出する。トルク検出装置は、回転体に配置される歪検出部１と、本体に設けられる制御回路２で構成される。
【００１３】
まず、歪検出部１の構成について説明する。
【００１４】
歪検出部１は、電源回路３、センサ部４、スイッチング回路２０、第２のコイル１８とで構成される。電源回路３はセンサ部４に電源を供給する。センサ部４は、駆動信号を生成する駆動制御部５、センサ素子６、差分回路７で構成される。駆動制御部５は駆動信号を生成し、センサ素子６は駆動制御部５から出力される駆動信号が、センサ素子６を所定の周波数で振動させる。センサ素子６から出力される検出信号は、差分回路７で差分処理される。
【００１５】
次に図２を参照しながらセンサ素子６の構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、センサ素子６は矩形状のシリコン基板８の中央部分に、梁部９ａ、９ｂが設けられている。梁部９ａ、９ｂはそれぞれ、図面の横方向、図面の縦方向に延伸している。
【００１７】
各梁部９ａ、９ｂには電源回路３から出力される駆動信号により伸縮する駆動電極１０及び、梁部９ａ、９ｂの振動に応じて検出信号を生成する検出電極１１が配置されている。
【００１８】
なお、例えば、駆動電極１０や検出電極１１はＰＺＴ圧電体層をＰｔ電極とＡｕ電極で挟み込んだ積層構造体で構成される。例えば、駆動電極１０であれば駆動信号の周波数に応じて電極を伸縮させて梁部９ａ、９ｂを振動させ、検出電極１１であれば梁部９ａ、９ｂの振動に応じた検出信号を励起する。
【００１９】
つまり、回転体にセンサ素子６を取り付けて、駆動信号により所定の周波数で梁部９ａ、９ｂを基本振動させておくことで、回転体にトルクを印加することで回転体に歪が生じる。回転体に生じる歪によりセンサ素子６が歪み、センサ素子６の歪に伴い検出電極１１から出力される検出信号の振動周波数が変化する。
【００２０】
より具体的に説明すると、センサ素子６に対して矢印で示すように側方（図面の左側）からの外力が加わった場合、歪の方向と延伸方向が一致する梁部９ａには圧縮応力が加わる。よって、図３の実線に示すように梁部９ａの振動周波数が外力に応じて低くなる。また、歪の方向と延伸方向が直交する梁部９ｂには引張応力が加わり図３の実線に示すように梁部９ｂの振動周波数は外力に応じて高くなる。従って、それぞれの検出電極１１から出力される検出信号を差分回路７で差分処理することで、差分回路７は、トルクに応じた周波数の変化を効率よく出力する。
【００２１】
次に、図１を参照しながら制御回路２の構成について説明する。
【００２２】
本体に配置される制御回路２は、電源回路３の駆動信号を生成する発信回路１２と、歪検出部１から出力される信号を所定のトルク信号に成形する検出回路１３とから構成される。検出回路１３は、第１の分圧回路１４と、２値化回路１５と、波形整形回路１６とから構成される。第１の分圧回路１４は、検出部から出力された検出信号を、所定の電圧に変換する。２値化回路１５は、第１の分圧回路１４から出力される分圧信号を基準電圧と比較して２値化する。波形整形回路１６は、２値化回路１５からの出力信号を所定の出力形態のトルク信号に波形整形する。
【００２３】
次に、歪検出部１に構成されるスイッチング回路２０について説明する。
【００２４】
発信回路１２から電源回路３に送る発信信号と、センサ素子６から検出回路１３に送る検出信号とを分離して処理するために、スイッチング回路２０は設けられている。スイッチング回路２０は、センサ素子６からの出力信号を用いて第２のコイル１８の誘起電圧を形成する。よって脈流波形が、第２のコイル１８に形成される。
【００２５】
次に、第１の分圧回路１４および第２の分圧回路２１について説明する。
【００２６】
第１の分圧回路１４と第２の分圧回路２１は並列に接続されている。第２の分圧回路２１で、第２のコイル１８に誘起された脈流波形を所定の電圧に変換する。脈流波形が変換された後に、変換された信号を整流し平滑したものを２値化回路１５の基準電圧とする。この基準電圧と第１の分圧信号とが温度変化や外乱に伴う出力変動があった場合、同様に影響を受けるため、比較値への影響を抑制することができる。よって本実施の形態の検出回路１３は、検出の精度を高めた構成としている。
【００２７】
次に、図１を参照しながら説明した本実施の形態のトルク検出装置の信号波形の遷移について、図４Ａ〜図４Ｆを参照しながら説明する。
【００２８】
まず、発信回路１２から図４Ａに示す１５０ｋＨｚ程度の発信信号が発信される。次に、発信信号は電磁結合部１９により第２のコイル１８に誘起され、発信信号は電源回路３により５Ｖの電源電圧となる。そして、５Ｖの電源電圧が駆動制御部５に供給される。駆動制御部５に供給された電源電圧が、センサ素子６を振動させ、その結果、駆動信号が形成される。形成された駆動信号は、センサ素子６の駆動電極１０（図２に示す）を介し差分回路７に出力される。さらに、差分回路７は差分信号を生成し、出力する。
【００２９】
差分回路７から出力される差分信号を図４Ｂに示す。図４Ｂに示す差分信号は５ｋＨｚの信号であるため、差分信号を電磁結合部１９で結合することは困難である。そこで、差分信号は、スイッチング回路２０のスイッチング動作により図４Ｃに示す１５Ｖ、１５０ｋＨｚ程度の脈流波形の信号を生成する。この脈流波形の信号が第２のコイル１８を介して第１のコイル１７に結合される。そして、第１のコイル１７に誘起された脈流波形の信号は、第１の分圧回路１４で、図４Ｄの実線２２で示すように４Ｖ程度の信号に変換される。また、同時に、第１のコイル１７に誘起された脈流波形の信号は、第２の分圧回路２１において、所定の電圧に電圧変換される。第２の分圧回路２１では、電圧変換された脈流波形の信号が、整流されかつ平滑され、図４Ｄの実線２３に示す３Ｖ程度の基準電圧（基準信号）が生成される。
【００３０】
第１の分圧回路１４で生成される信号と、第２の分圧回路２１で形成される基準信号とが、２値化回路１５に入力される。そして、２値化回路１５に入力される信号が、２値化回路１５で、図４Ｅに示す２値化信号に変換される。
【００３１】
なお、２値化信号に変換する処理は、第１のコイル１７と第２のコイル１８間の電磁結合を行うために高周波化された検出信号を、差分回路７から出力された５ｋＨｚ程度の差分信号の周波数レベルに戻すための処理である。図４Ｅに示すＬレベル部分２４とＨレベル部分２５の脈流波形の周波数に同調したパルス波形となる。そして、このＨレベル部分２５の連続パルス波形を波形整形回路１６でＨレベル電圧波形に変換する。図４Ｆに示すように、差分回路７から出力される差分信号、すなわち、センサ部４からの出力信号と同じ周波数のパルス波形のトルク信号が整形される。なお、波形整形回路１６での信号処理として、単安定マルチバイブレータが用いられると、Ｈレベル部分２５の各パルス波形をピーク値で一定時間ホールドして、Ｈレベル部分２５のピーク値が連続した波形に変換するので効率よく波形整形することが出来る。
【００３２】
以上の説明からも明らかなように本実施の形態のトルク検出装置においては、歪検出部１と制御回路２との電気的接続を、制御回路２に設けた第１のコイル１７と歪検出部１に設けた第２のコイル１８からなる電磁結合部１９で行っている。
【００３３】
つまり、歪検出部１と制御回路２との電気的接続を電磁結合部１９で行っている。よって機械的接触手段の磨耗や変形に伴う接触抵抗の変化を防止し継続使用に伴うトルク検出装置の検出精度の劣化を抑制できる。
【００３４】
また、さらには、電源回路３と発信回路１２との電気的接続と、センサ部４と検出回路１３との電気的接続という２つの電気的接続を、一つの電磁結合部１９で行っている。よって、電磁結合に必要な電磁結合部１９の共有化が図れてトルク検出装置を小型化できる。つまり、本実施の形態のトルク検出装置では、電源回路３と発信回路１２との電気的接続と、センサ部４と検出回路１３との電気的接続を同じ電磁結合部１９で共有して行っている。よって、小型化および高精度化を実現できる。
【００３５】
次に、本実施の形態のトルク検出装置の活用例を最後に説明する。
【００３６】
図５に示す例では、本実施の形態のトルク検出装置が、電動アシスト自転車におけるペダル２６を回す際にスプロケット２７にかかるトルクを検出して、本体に取り付けた補助動力部２８によるアシスト量を決める際に用いられている。この場合、図６に示すように、回転体となるスプロケット２７の梁部２９の表面にセンサ部４を配置するとともに回転軸周りに第２のコイル１８を配置する。そして図５に示すように、自転車の本体側に第１のコイル１７を含む制御回路２を配置することで、上述した本実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、歪検出部１と制御回路２のそれぞれが分離した状態で本体と回転体に配置されるので、これらを個々に樹脂カバーなどで機密封止が可能となり防塵や防水の対策ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、本体に取り付けられる回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関して、検出精度の高いトルク検出装置を小型化することができる。
【００３８】
また、本発明のトルク検出装置は、小型軽量化が求められる電動アシスト自転車などの用途において有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１    歪検出部
３    電源回路
６    センサ素子
１２    発信回路
１３    検出回路
１４    第１の分圧回路
１５    ２値化回路
１６    波形整形回路
１７    第１のコイル
１８    第２のコイル
１９    電磁結合部
２０    スイッチング回路
２１    第２の分圧回路
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に取り付けられる回転体のトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記トルク検出装置は、
前記回転体に取り付けられる歪検出部と、
前記本体に取り付けられる発信回路と、
前記本体に取り付けられ、前記歪検出部から出力される信号をトルク信号に変換する検出回路とを備え、
前記歪検出部と前記発信回路との電気的接続を電磁結合部で行い、
前記歪検出部と前記検出回路との電気的接続を前記電磁結合部で行う
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のトルク検出装置であって、
前記電磁結合部が第１のコイルと第２のコイルで構成される
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のトルク検出装置であって、
前記歪検出部は、
周波数出力型のセンサ素子を有するセンサ部と、
前記発信回路から供給される発信信号から、前記センサ素子を駆動させる駆動信号を生成する電源回路と、
スイッチング回路と、
を有し、
前記第１のコイルは前記発信回路と前記検出回路とが接続され、
前記第２のコイルは、前記電源回路と前記センサ部とが接続され、
前記スイッチング回路は、前記センサ素子からの出力信号を用いて前記第２のコイルの誘起電圧を形成する
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
請求項３記載のトルク検出装置であって、
前記検出回路は、
２値化回路と、
前記２値化回路から出力された２値化信号を波形整形する波形整形回路と、
前記第２のコイルに発信される誘起電圧に応じて、前記第１のコイルに誘起する脈流波形を所定の電圧に変換して、第１の分圧信号を出力する第１の分圧回路と、
前記脈流波形を所定の電圧に変換して第２の分圧信号を成形した後に整流し平滑して基準電圧を生成する第２の分圧回路と
を有し、
前記第１の分圧信号を前記基準電圧と比較して２値化する
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項５】
請求項４記載のトルク検出装置であって、
前記波形整形回路は、単安定マルチバイブレータで構成する
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項６】
請求項１記載のトルク検出装置であって、
前記歪検出部は、電源回路とセンサ部とを有し、
前記電源回路と前記発信回路との電気的接続を前記電磁結合部で行い、
前記センサ部と前記検出回路との電気的接続を前記電磁結合部で行う
ことを特徴とするトルク検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013179646.tif 000014
【図２】
2013179646.tif 000015
【図３】
2013179646.tif 000016
【図４Ａ】
2013179646.tif 000017
【図４Ｂ】
2013179646.tif 000018
【図４Ｃ】
2013179646.tif 000019
【図４Ｄ】
2013179646.tif 000020
【図４Ｅ】
2013179646.tif 000021
【図４Ｆ】
2013179646.tif 000022
【図５】
2013179646.tif 000023
【図６】
2013179646.tif 000024
【国際調査報告】
2013179646.tif 000025
2013179646.tif 000026
2013179646.tif 000027