(57)【要約】 【課題】  使用するコンデンサ及び高精度抵抗を削減することが出来るトルク検出装置の提供。 【解決手段】  検出すべきトルクに応じてインダクタンスが変化するコイルＬ１、及び温度補償の為のコイルＬ２による直列回路と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２による直列回路との並列回路に交流電圧を印加し、両コイルＬ１，Ｌ２の接続節点Ａの第１電圧と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続節点Ｂの第２電圧とに基づき、トルクを検出するトルク検出装置。交流電圧に同期する周期の一方の半周期に第１電圧をサンプリングする第１サンプリング手段１２と、周期の他方の半周期に第２電圧をサンプリングする第２サンプリング手段１１とを備え、第１サンプリング手段１２及び第２サンプリング手段１１がそれぞれサンプリングした電圧に基づき、トルクを検出する構成である。【選択図】        図１
2006064576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出すべきトルクに応じてインダクタンスが変化するコイル、及び温度補償の為のコイルによる直列回路と、２つの抵抗による直列回路との並列回路に交流電圧を印加し、前記両コイルの接続節点の第１電圧と、前記２つの抵抗の接続節点の第２電圧とに基づき、前記トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置において、
前記交流電圧に同期する周期の一方の半周期に前記第１電圧をサンプリングする第１サンプリング手段と、前記周期の他方の半周期に前記第２電圧をサンプリングする第２サンプリング手段とを備え、前記第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧に基づき、前記トルクを検出するように構成してあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記周期は、前記第１電圧の周期であり、前記第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧を増幅する手段と、該手段が増幅した電圧を積分する為のコンデンサとを更に備え、該コンデンサの両端電圧を出力するように構成してある請求項１記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置に関し、特に自動車のパワーステアリング装置に好適なトルク検出装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のトルク検出装置の構成例を示すブロック図である。このトルク検出装置は、作用したトルクに応じてインダクタンスが変化するコイルＬ１及び温度補償用のコイルＬ２の直列回路と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の直列回路との並列回路に、発振回路１０が発振し出力した交流電圧が印加される。
コイルＬ１及びコイルＬ２の接続節点Ａの電圧が、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ６を通じて、差動増幅回路１４の非反転入力端子に与えられる。差動増幅回路１４の非反転入力端子は、抵抗Ｒ７を通じて、電圧Ｖ１にプルアップされている。
【０００３】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続節点Ｂの電圧が、コンデンサＣ３及び抵抗Ｒ５を通じて、差動増幅回路１４の反転入力端子に与えられる。差動増幅回路１４は、負帰還抵抗Ｒ４を備えている。
コンデンサＣ３，Ｃ４は、接続節点Ｂ，Ａの電圧に含まれる直流成分を遮断する。
【０００４】
差動増幅回路１４が増幅した差電圧は、アナログスイッチ１５を通じて、積分コンデンサＣ２に充電され、積分コンデンサＣ２の両端電圧がトルクの検出信号として出力される。
アナログスイッチ１５は、サンプリングパルス作成回路１７が、接続節点Ａの電圧に基づき作成した同位相のサンプリングパルスによりスイッチングされる。    
【０００５】
図４は、このような構成のトルク検出装置の動作例を示すタイミングチャートである。
作用したトルクに応じて、コイルＬ１のインダクタンスが変化すると、そのインダクタンスの変化に応じて、節点Ａの電圧は、節点Ｂの電圧に対して、（ａ）に示すように位相がずれる。ここでは、便宜上、節点Ａの電圧の位相を基準にして図示している。
（ａ）に示すようなとき、差動増幅回路１４が増幅した節点Ａ，Ｂの各電圧の差電圧は、（ｂ）に示すようになり、差動増幅回路１４から出力される。
【０００６】
アナログスイッチ１５は、サンプリングパルス作成回路１７が作成したサンプリングパルスにより、（ｃ）に示すように、節点Ａの電圧周期のうちの前半周期にオンになり、後半周期にオフになるようにスイッチングされる。その結果、（ｂ）に示す、差動増幅回路１４が増幅した節点Ａ，Ｂの差電圧のうち、節点Ａの前半周期の部分のみが、アナログスイッチ１５から出力され、積分コンデンサＣ２に充電される。積分コンデンサＣ２の両端電圧は、節点Ａ，Ｂの各電圧の位相のずれが半周期以内であれば、ずれが大きい程高くなり、作用したトルクに対応するものとなる。つまり、積分コンデンサＣ２の両端電圧により、作用したトルクを検出することが出来る。
【０００７】
尚、ここで、差動増幅回路１４が増幅した節点Ａ，Ｂの差電圧を全周期充電するようにすると、１周期以上の時間単位で見た場合、正電圧部分及び負電圧部分が相殺されて、積分コンデンサＣ２の両端電圧は０となる。
【特許文献１】特開平７−２６０６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来のトルク検出装置では、節点Ａ，Ｂの各電圧の差を差動増幅回路１４で演算し増幅する為に、コンデンサＣ３，Ｃ４及び高精度の抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７が多く必要であるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、使用するコンデンサ及び高精度抵抗を削減することが出来るトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係るトルク検出装置は、検出すべきトルクに応じてインダクタンスが変化するコイル、及び温度補償の為のコイルによる直列回路と、２つの抵抗による直列回路との並列回路に交流電圧を印加し、前記両コイルの接続節点の第１電圧と、前記２つの抵抗の接続節点の第２電圧とに基づき、前記トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置において、前記交流電圧に同期する周期の一方の半周期に前記第１電圧をサンプリングする第１サンプリング手段と、前記周期の他方の半周期に前記第２電圧をサンプリングする第２サンプリング手段とを備え、前記第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧に基づき、前記トルクを検出するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
このトルク検出装置では、検出すべきトルクに応じてインダクタンスが変化するコイル、及び温度補償の為のコイルによる直列回路と、２つの抵抗による直列回路との並列回路に交流電圧を印加し、両コイルの接続節点の第１電圧と、２つの抵抗の接続節点の第２電圧とに基づき、トルクを検出する。第１サンプリング手段が、交流電圧に同期する周期の一方の半周期に第１電圧をサンプリングし、第２サンプリング手段が、交流電圧に同期する周期の他方の半周期に第２電圧をサンプリングする。第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧に基づき、トルクを検出する。
【００１１】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記周期は、前記第１電圧の周期であり、前記第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧を増幅する手段と、該手段が増幅した電圧を積分する為のコンデンサとを更に備え、該コンデンサの両端電圧を出力するように構成してあることを特徴とする。
【００１２】
このトルク検出装置では、交流電圧に同期する周期は、第１電圧の周期である。増幅する手段が、第１サンプリング手段及び第２サンプリング手段がそれぞれサンプリングした電圧を増幅し、コンデンサが、その増幅した電圧を積分し、コンデンサの両端電圧を出力する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るトルク検出装置によれば、使用するコンデンサ及び高精度抵抗を削減することが出来る。高精度抵抗２個、コンデンサ１個を削減出来、アナログスイッチが１個増加するが、カスタムＩＣ化することにより、大きさは殆ど変わらず、アナログスイッチによる部品コストの上昇は無視出来る程度である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、それを示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。このトルク検出装置は、作用したトルクに応じてインダクタンスが変化するコイルＬ１及び温度補償用のコイルＬ２の直列回路と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の直列回路との並列回路に、発振回路１０が発振し出力した交流電圧が印加される。
【００１５】
コイルＬ１及びコイルＬ２の接続節点Ａの電圧が、アナログスイッチ１２（第１サンプリング手段）の一方の端子に与えられ、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続節点Ｂの電圧が、アナログスイッチ１１（第２サンプリング手段）の一方の端子に与えられる。アナログスイッチ１１，１２の各他方の端子は、共通接続され、コンデンＣ１を通じて、差動増幅回路１３（増幅する手段）の非反転入力端子に接続されている。
差動増幅回路１３は、負帰還抵抗Ｒ４を備え、反転入力端子に、抵抗Ｒ３を通じて、定電圧Ｖ２が与えられている。コンデンサＣ１は、接続節点Ａ，Ｂの電圧に含まれる直流成分を遮断する。
【００１６】
差動増幅回路１３が増幅した差電圧は、積分コンデンサＣ２に充電され、積分コンデンサＣ２の両端電圧がトルクの検出信号として出力される。
アナログスイッチ１２は、サンプリングパルス作成回路１７が、接続節点Ａの電圧に基づき作成した同位相のサンプリングパルスによりスイッチングされる。アナログスイッチ１１は、サンプリングパルス作成回路１７が作成したサンプリングパルスの、インバータ１６により反転されたサンプリングパルスによりスイッチングされる。
【００１７】
図２は、このような構成のトルク検出装置の動作例を示すタイミングチャートである。
作用したトルクに応じて、コイルＬ１のインダクタンスが変化すると、そのインダクタンスの変化に応じて、節点Ａの電圧は、節点Ｂの電圧に対して、（ａ）に示すように位相がずれる。ここでは、便宜上、節点Ａの電圧の位相を基準にして図示している。
【００１８】
アナログスイッチ１２は、サンプリングパルス作成回路１７が作成したサンプリングパルスにより、（ｂ）に示すように、節点Ａの電圧周期のうちの前半周期にオンになり、後半周期にオフになるようにスイッチングされる。その結果、（ａ）に示す、節点Ａの電圧のうち前半周期の部分のみが、アナログスイッチ１２から出力され、差動増幅回路１３により、所定電圧Ｖ２との差電圧が増幅され、積分コンデンサＣ２に充電される。この間、アナログスイッチ１１は、後述するように、オフになっている。
【００１９】
アナログスイッチ１１は、サンプリングパルス作成回路１７が作成したサンプリングパルスの、インバータ１６により反転されたサンプリングパルスにより、（ｃ）に示すように、節点Ａの電圧周期のうちの前半周期にオフになり、後半周期にオンになるようにスイッチングされる。その結果、（ａ）に示す、節点Ｂの電圧のうち、節点Ａの電圧の後半周期に該当する部分のみが、アナログスイッチ１１から出力され、差動増幅回路１３により、所定電圧Ｖ２との差電圧が増幅され、積分コンデンサＣ２に充電される。この間、アナログスイッチ１２は、オフになっている。
【００２０】
以上の結果、積分コンデンサＣ２は、（ｄ）に示すように、節点Ａの電圧周期の半周期毎に、節点Ａ，Ｂの各電圧に応じた各電圧が、交互に充電されることになる。
ここで、上述した従来のトルク検出装置のように、節点Ａの電圧周期の前半周期に、節点Ａの電圧ＶＡ及び節点Ｂの電圧ＶＢの差電圧を、積分コンデンサＣ２に充電（積分コンデンサＣ２で積分）すると、（１）式のようになる。
【００２１】
【数１】
2006064576.tif 000003
【００２２】
ここで、ＶＡ＝ｓｉｎωｔ，ＶＢ＝ｓｉｎ（ωｔ＋α）とすれば、（１）式の電圧ＶＢの部分は、（２）式のようになる。
【００２３】
【数２】
2006064576.tif 000004
【００２４】
ここで、（２）式において、ｔ′＝ｔ＋Ｔ／２，ｔ＝ｔ′−Ｔ／２として、電圧ＶＢの、節点Ａの電圧周期の後半周期部分の積分を演算すると、（３）式のようになり、加法定理により、（４）式のようになる。
【００２５】
【数３】
2006064576.tif 000005
【００２６】
ここで、ωＴ＝２πであるから、
ｃｏｓωＴ／２＝ｃｏｓπ＝−１
ｓｉｎωＴ／２＝ｓｉｎπ＝０
となり、（４）式は、（５）式のようになる。
【００２７】
【数４】
2006064576.tif 000006
【００２８】
従って、（１）（２）（５）式から（６）式が成立する。
【００２９】
【数５】
2006064576.tif 000007
【００３０】
以上により、従来のトルク検出装置のように、節点Ａの電圧周期の前半周期毎に、節点Ａの電圧ＶＡ及び節点Ｂの電圧ＶＢの差電圧（に応じた電圧）を、積分コンデンサＣ２に充電することと、本発明に係るトルク検出装置のように、節点Ａの電圧周期の半周期毎に、電圧ＶＡ又は電圧ＶＢ（に応じた各電圧）を交互に充電することとは等価であることが分かる。
【００３１】
従って、積分コンデンサＣ２に、図２（ｄ）に示すように、節点Ａの電圧周期の半周期毎に、節点Ａ，Ｂの各電圧に応じた各電圧を交互に充電すれば、積分コンデンサＣ２の両端電圧は、節点Ａ，Ｂの各電圧の位相のずれが半周期以内であれば、ずれが大きい程高くなり、作用したトルクに対応するものとなる。つまり、積分コンデンサＣ２の両端電圧により、作用したトルクを検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すトルク検出装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【図３】従来のトルク検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示すトルク検出装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  発振回路
１１  アナログスイッチ（第２サンプリング手段）
１２  アナログスイッチ（第１サンプリング手段）
１３  差動増幅回路（増幅する手段）
１６  インバータ
１７  サンプリングパルス作成回路
Ａ，Ｂ  （接続）節点
Ｃ１  コンデンサ
Ｃ２  積分コンデンサ
Ｌ１  作用するトルクに応じてインダクタンスが変化するコイル
Ｌ２  温度補償用のコイル
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  抵抗
【図１】
2006064576.tif 000008
【図２】
2006064576.tif 000009
【図３】
2006064576.tif 000010
【図４】
2006064576.tif 000011