(57)【要約】【課題】分解能の高い高精度のトルクセンサを低コストで提供する。【解決手段】第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第１交番信号と、第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第２交番信号を出力する。第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する。位相差対応信号から第１、第２シャフトによる伝達トルクに対応する値を求める。その伝達トルクに対応する値を、第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値と第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値との差に対応する値に基づき補正する。【選択図】図３
2004309177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフトと、
前記第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、
前記第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第１交番信号を出力する第１交番信号出力手段と、
前記第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第２交番信号を出力する第２交番信号出力手段と、
前記第１交番信号と前記第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する出力信号処理部と、
前記第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値を求める手段と、
前記第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値を求める手段と、
前記位相差対応信号から求められる前記第１、第２シャフトによる伝達トルクに対応する値を、前記第１歪み指標値と前記第２歪み指標値との差に対応する値に基づき補正する手段とを備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記第１交番信号の値が零になる時点から、前記第１交番信号の積分値が零になる時点までの時間が前記第１歪み指標値として求められ、
前記第２交番信号の値が零になる時点から、前記第２交番信号の積分値が零になる時点までの時間が前記第２歪み指標値として求められる請求項１に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動パワーステアリング装置において操舵トルクを検出するのに用いられるトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１シャフトと、この第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、第１シャフトの回転角を検出する第１レゾルバと、第２シャフトの回転角を検出する第２レゾルバとを備えるトルクセンサが知られている。その第１レゾルバによる第１シャフトの検出回転角と第２レゾルバによる第２シャフトの検出回転角との差から両シャフトによる伝達トルクが求められる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５０１８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レゾルバにより検出するシャフト回転角をθ、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、ＫＥを係数とした場合、レゾルバの回転子捲線にｓｉｎ（ωｔ）に比例する励磁信号を入力した時、２相の固定子捲線からｓｉｎθに比例する振幅を有するＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表される信号と、ｃｏｓθに比例する振幅を有するＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表される信号とが出力される。よって、ｔａｎ−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の演算をコンピュータにより行うことで回転角θを求めることができる。
【０００５】
しかし、コンピュータによりレゾルバ等の検出器からの信号の出力値を直接に取り込む際の分解能には限界があるため、トルクセンサの分解能が制限され、また、分解能が高くなる程に信号処理のための負荷が大きくなる。また、その出力値は回転角θに対して非線形に変化するため、トルク検出精度の向上が阻害される。さらに、レゾルバ等による回転角の検出値には必ず誤差があり、その誤差の値には個体差がある。そのため、第１シャフトの検出回転角と第２シャフトの検出回転角との差から両シャフトによる伝達トルクを求める場合、両検出誤差の差がトルク検出誤差となってトルク検出精度が低下する。
本発明は上記課題を解決することのできるトルクセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクセンサは、第１シャフトと、前記第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、前記第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第１交番信号を出力する第１交番信号出力手段と、前記第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第２交番信号を出力する第２交番信号出力手段と、前記第１交番信号と前記第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する出力信号処理部と、前記第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値を求める手段と、前記第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値を求める手段と、前記位相差対応信号から求められる前記第１、第２シャフトによる伝達トルクに対応する値を、前記第１歪み指標値と前記第２歪み指標値との差に対応する値に基づき補正する手段とを備える。
【０００７】
本発明によれば、第１交番信号の位相変化は第１シャフトの回転角変化に対応し、第２交番信号の位相変化は第２シャフトの回転角変化に対応するので、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差は第１シャフトと第２シャフトの回転角差に対応する。位相差対応信号は、その回転角差の変化に応じて波形が変化することになるので、第１、第２シャフトによる伝達トルクに対応する信号として用いることができる。すなわち、第１シャフトの回転角と第２シャフトの回転角とを個別に検出することなく、伝達トルクに対応する回転角差を直接的に求めることができる。よって、トルクを求めるために従来のようにコンピュータを用いて検出器からの信号の出力値を直接個別に取り込む必要がなく、信号処理のための負荷を低減でき、非線形な要素をなくすことができる。
【０００８】
さらに、本発明のトルクセンサにおいては、第１交番信号における位相変化が誤差により第１シャフトの回転角変化に正確に対応せず、また、第２交番信号における位相変化が誤差により第２シャフトの回転角変化に正確に対応しなくても、両誤差の差の影響を受けることなく両シャフトによる伝達トルクに対応する値を求めることができる。すなわち、第１交番信号における位相変化に誤差を生じた場合、その誤差は第１交番信号の波形の歪みとなって表れ、また、第２交番信号における位相変化に誤差を生じた場合、その誤差は第２交番信号の波形の歪みとなって表れる。よって、第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値と第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値との差は、第１交番信号における位相変化の誤差と第２交番信号における位相変化の誤差との差に対応する。それゆえ、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差に対応する位相差対応信号から求められる伝達トルクに対応する値を、第１歪み指標値と第２歪み指標値との差に対応する値に基づき補正することで、両誤差の差の影響を打ち消すことができる。
【０００９】
本発明のトルクセンサにおいては、前記第１交番信号の出力値が零になる時点から、前記第１交番信号の積分値が零になる時点までの時間が前記第１歪み指標値として求められ、前記第２交番信号の出力値が零になる時点から、前記第２交番信号の積分値が零になる時点までの時間が前記第２歪み指標値として求められるのが好ましい。
各交番信号に波形歪みを生じた場合、各交番信号の値が零になる時点から極大値になる時点までの時間は、波形歪みのない場合から変化するので歪みの程度を表す指標になる。また、正弦波形状を有する各交番信号の値が零になる時点から極大値になる時点までの時間は、その値が零になる時点からその積分値に対応する余弦波の値が零になる時点までの時間に対応する。よって、交番信号の極大値を検出することなく、第１歪み指標値と第２歪み指標値を汎用部品を用いて容易に求めることができる。
【００１０】
その第１交番信号出力手段は第１検出器と第１信号処理部を備え、その第１検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θを第１シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表される第１正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表される第１余弦振幅信号を出力し、その第１信号処理部は、その第１正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθで表される第１位相シフト信号とする第１位相シフト回路と、その第１位相シフト信号と第１余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される前記第１交番信号とする第１加算回路を有し、その第２交番信号出力手段は第２検出器と第２信号処理部を備え、その第２検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θ＋Δθを第２シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）で表される第２余弦振幅信号を出力し、その第２信号処理部は、その第２正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２位相シフト信号とする第２位相シフト回路と、その第２位相シフト信号と第２余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される前記第２交番信号とする第２加算回路を有するのが好ましい。
これにより、第１、第２検出器に正弦波信号を入力することで、第１、第２シャフトの回転角の変化に対応して位相が変化する第１、第２交番信号を、レゾルバ等の検出器、位相シフト回路、加算回路という汎用部品を用いて出力することができる。
【００１１】
その第１交番信号出力手段は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θを第１シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される前記第１交番信号を出力する第１検出器を備え、その第２交番信号出力手段は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θ＋Δθを第２シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される前記第２交番信号を出力する第２検出器を備えるのが好ましい。
これにより、第１、第２検出器に正弦波信号と余弦波信号を入力することで、第１、第２シャフトの回転角の変化に対応して位相が変化する第１、第２交番信号を、汎用部品であるレゾルバ等の検出器を用いて出力することができる。
【００１２】
前記第１、第２シャフトによる伝達トルクが零の時に前記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差がπ／２になるように、前記第１検出器と第２検出器は相対配置され、前記出力信号処理部は、前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有するのが好ましい。
これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を位相差対応信号として出力することができる。また、そのＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換する回路と、ロジック信号の排他的論理和に対応する信号を生成する回路という汎用部品を用いて出力することができる。
【００１３】
前記出力信号処理部は、前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出回路と、その第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点と第２ロジック信号の立ち下がり時点の中の一方が立ち上がり時点に対応し他方が立ち下がり時点に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有するのが好ましい。
これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を位相差対応信号として出力することができる。また、そのＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換する回路と、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点を検出する回路と、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点に応じた立ち上がり時点と立ち下がり時点を有する信号を生成する例えばＳＲフリップフロップのような汎用部品を用いて出力することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示す本実施形態のトルクセンサ１は、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するために用いられ、そのステアリングシャフトを構成する筒状第１シャフト３と筒状第２シャフト４を有する。第１シャフト３に連結される図外ステアリングホイールの回転が、第２シャフト４に連結される図外ステアリングギヤを介して車輪に伝達されることで、車両の舵角が変化する。
【００１５】
第１シャフト３と第２シャフト４にトーションバー（弾性部材）５が挿入されている。トーションバー５の一端は第１シャフト３に他端は第２シャフト４にそれぞれピンやセレーション等により連結され、これにより第１シャフト３と第２シャフト４は互いに対して同軸中心に弾性的に相対回転可能である。第１シャフト３はベアリング６を介してセンサハウジング７により支持され、第２シャフト４はセンサハウジング７に圧入された環状のレゾルバ押さえ９によりベアリング８を介して支持されている。センサハウジング７により第１レゾルバ（第１検出器）２１と第２レゾルバ（第２検出器）２２が覆われている。
【００１６】
第１レゾルバ２１は、第１シャフト３の外周に同行回転するように嵌め合わされる第１レゾルバロータ２１ａと、第１レゾルバロータ２１ａを覆う環状の第１レゾルバステータ２１ｂを有する。本実施形態では第１レゾルバロータ２１ａに第１シャフト３が圧入されることで、第１レゾルバロータ２１ａと第１シャフト３は同行回転する。第２レゾルバ２２は、第２シャフト４の外周に同行回転するように嵌め合わされる第２レゾルバロータ２２ａと、第２レゾルバロータ２２ａを覆う環状の第２レゾルバステータ２２ｂとを有する。本実施形態では第２レゾルバロータ２２ａに第２シャフト４が圧入されることで、第２レゾルバロータ２２ａと第２シャフト４は同行回転する。第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとの間に筒状のスペーサ２３が配置されている。
【００１７】
第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとスペーサ２３は、センサハウジング７の内周に第１、第２シャフト３、４の径方向のクリアランスを介してシャフト軸方向から嵌め合わされる。両レゾルバステータ２１ｂ、２２ｂとスペーサ２３は、レゾルバ押さえ９とセンサハウジング７の内周に形成された段差７ａとの間に挟み込まれることでセンサハウジング７に固定されている。スペーサ２３の内周から内方に延びる環状の磁気遮蔽部２４が、磁気遮蔽材によりスペーサ２３と一体的に成形されている。磁気遮蔽部２４により第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２との間の磁気遮蔽がなされる。
【００１８】
第１レゾルバ２１は、第１レゾルバロータ２１ａに設けられた捲線（図示省略）に励磁信号が入力されることで、第１レゾルバステータ２１ｂに設けられた２相の捲線（図示省略）から第１正弦振幅信号と第１余弦振幅信号を出力する。すなわち、励磁信号をＥｓｉｎ（ωｔ）、θを第１シャフト３の回転角とすると、第１正弦振幅信号はｓｉｎθに比例する振幅を有し、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表される。図２の（１）は第１シャフト３が一定角速度で回転する時のθの変化に対するｓｉｎθとＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθの変化を示す。また、第１余弦振幅信号はｃｏｓθに比例する振幅を有し、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表される。図２の（２）は第１シャフト３が一定角速度で回転する時のθの変化に対するｃｏｓθとＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθの変化を示す。なお、Ｅは信号振幅、Ｋは変圧率、ωは励磁角周波数、ｔは時間である。
【００１９】
第２レゾルバ２２は、第２レゾルバロータ２２ａに設けられた捲線（図示省略）に励磁信号が入力されることで、第２レゾルバステータ２２ｂに設けられた２相の捲線（図示省略）から第２正弦振幅信号と第２余弦振幅信号を出力する。励磁信号をＥｓｉｎ（ωｔ）、θ＋Δθを第２シャフト４の回転角とすると、第２正弦振幅信号はｓｉｎ（θ＋Δθ）に比例する振幅を有し、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表され、第２余弦振幅信号はｃｏｓ（θ＋Δθ）に比例する振幅を有し、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）で表される。
【００２０】
両レゾルバ２１、２２の出力信号は信号ケーブル２５を介して、センサハウジング７の外部に設けられる図３に示す制御装置２０に入力される。制御装置２０は第１信号処理部２６と第２信号処理部２７と出力信号処理部２８と波形歪み検出部２９とを有する。
【００２１】
第１信号処理部２６は、第１位相シフト回路２６ａと第１加算回路２６ｂを有する。第１位相シフト回路２６ａは、入力インターフェース２０ａを介して第１レゾルバ２１から送られる上記第１正弦振幅信号を、π／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθで表される第１位相シフト信号とする。第１加算回路２６ｂは、その第１位相シフト信号と、入力インターフェース２０ｂを介して第１レゾルバ２１から送られる上記第１余弦振幅信号とを加算することで、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθ＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθ＝ＫＥｃｏｓ（ωｔ）ｓｉｎθ＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθ＝ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される第１交番信号とする。すなわち、第１レゾルバ２１と第１信号処理部２６は、励磁信号として正弦波信号が入力されることで、第１シャフト３の回転角θの変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第１交番信号を出力する第１交番信号出力手段を構成する。
【００２２】
第２信号処理部２７は、第２位相シフト回路２７ａと第２加算回路２７ｂを有する。第２位相シフト回路２７ａは、入力インターフェース２０ｃを介して第２レゾルバ２２から送られる上記第２正弦振幅信号を、π／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２位相シフト信号とする。第２加算回路２７ｂは、その第２位相シフト信号と、入力インターフェース２０ｄを介して第２レゾルバ２２から送られる上記第２余弦振幅信号とを加算することで、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）＝ＫＥｃｏｓ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）＝ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される第２交番信号とする。すなわち、第２レゾルバ２２と第２信号処理部２７は、励磁信号として正弦波信号が入力されることで、第２シャフト４の回転角θ＋Δθの変化に対応して位相が変化する正弦波形状の第２交番信号を出力する第２交番信号出力手段を構成する。
【００２３】
第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時に上記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差がπ／２になるように、第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２は相対配置されている。
【００２４】
出力信号処理部２８は、第１ロジック信号変換回路２８ａと、第２ロジック信号変換回路２８ｂと、ＰＷＭ処理回路２８ｃを有する。
【００２５】
第１ロジック信号変換回路２８ａは上記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する。第１ロジック信号は第１交番信号と周波数が等しいＨとＬの２値の方形波で表される。第２ロジック信号変換回路２８ｂは上記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する。第２ロジック信号は第２交番信号と周波数が等しいＨとＬの２値の方形波で表される。第１交番信号と第２交番信号の位相差は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差に等しくされる。
【００２６】
ＰＷＭ処理回路２８ｃは、その第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和（ＥＸＯＲ）に対応するＰＷＭ信号を出力する。本実施形態では、そのＰＷＭ信号から求められるＰＷＭデューティが第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する値として用いられる。すなわち、図４（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ処理回路２８ｃから出力されるＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合、Δθ＝０で第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２となり、ＰＷＭデューティは５０％になる。図４（２）は第１、第２シャフト３、４により一方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２＋Δθ（Δθ＞０）となり、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％よりも大きくなる。図４（３）は第１、第２シャフト３、４により他方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２＋Δθ（Δθ＜０）となり、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％よりも小さくなる。
【００２７】
第１交番信号の位相変化は第１シャフト３の回転角変化に対応し、第２交番信号の位相変化は第２シャフト４の回転角変化に対応するので、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差は、第１シャフト３と第２シャフト４の回転角差に対応する伝達トルクに対応する。その第１交番信号と第２交番信号の位相差は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差に等しいことから、第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号Ｓ３は、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化することで波形が変化する位相差対応信号になる。そのＰＷＭ信号Ｓ３が第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する信号として用いられることで、上記ＰＷＭデューティが第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する値となる。
【００２８】
波形歪み検出部２９は、第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値を求める手段として第１歪み指標値演算部２９Ａを有し、第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値を求める手段として第２歪み指標値演算部２９Ｂを有する。
【００２９】
図５に示すように、第１歪み指標値演算部２９Ａは、第１交番信号の値が零から立ち上がる時点のゼロクロス検出回路２９ａと、第１交番信号の積分回路２９ｂと、第１交番信号の積分値が零から立ち上がる時点のゼロクロス検出回路２９ｃと、第１交番信号の値が零になる時点から第１交番信号の積分値が零になる時点までの時間を第１歪み指標値として両検出回路２９ａ、２９ｃの検出信号に基づき求める時間計測回路２９ｄとを有する。第２歪み指標値演算部２９Ｂは、第２交番信号の値が零から立ち上がる時点のゼロクロス検出回路２９ｅと、第２交番信号の積分回路２９ｆと、第２交番信号の積分値が零から立ち上がる時点のゼロクロス検出回路２９ｇと、第２交番信号の値が零になる時点から第２交番信号の積分値が零になる時点までの時間を第２歪み指標値として両検出回路２９ｅ、２９ｆの検出信号に基づき求める時間計測回路２９ｈとを有する。
【００３０】
各シャフト３、４の回転角変化に応じた各交番信号の位相変化に誤差がなければ、図６において実線で示すように各交番信号Ｓは正弦波形を有する。各レゾルバ２１、２２のレゾルバロータ２１ａ、２２ａの振れ回り等による検出誤差により、各交番信号における位相変化が各シャフト３、４の回転角変化に正確に対応しない場合、例えば図６において破線で示すように各交番信号Ｓの波形は歪む。各交番信号Ｓに波形歪みを生じた場合、各交番信号Ｓの値が零になる時点から極大値になる時点までの時間は波形歪みのない場合から変化する。よって、図７において各交番信号Ｓの値が零になる時点ｔａから極大値になる時点ｔｂまでの時間は、その値が零になる時点ｔａから図７において２点鎖線で示す各交番信号の積分値に対応する余弦波Ｓ′の値が零になる時点ｔｂまでの時間ｔ１に対応する。すなわち、各交番信号の波形歪みに応じて各歪み指標値は変化し、各歪み指標値により波形歪みの程度を表すことができ、各歪み指標値を汎用部品を用いて容易に求めることができる。
【００３１】
求められた第１歪み指標値と第２歪み指標値との差が偏差演算部２９Ｃにおいて求められ、その差が偏差演算部３０において第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する値となる上記ＰＷＭデューティから差し引かれる。これにより、位相差対応信号から求められる伝達トルクに対応する値が第１歪み指標値と前記第２歪み指標値との差に対応する値だけ補正する手段が構成されている。
【００３２】
本実施形態では、第１、第２シャフト３、４の伝達トルクに応じた操舵補助力を、予め定められて記憶した補正後のＰＷＭデューティと操舵補助力との関係から演算し、その演算した操舵補助力を発生するように操舵補助力発生用電動アクチュエータ（図示省略）を制御する。その操舵補助力発生用電動アクチュエータは公知のものを用いることができ、例えば、電動モータにより発生する操舵補助力を減速ギヤ機構を介してステアリングシャフトに伝達するものを用いることができる。
【００３３】
上記実施形態のトルクセンサ１によれば、第１シャフト３の回転角と第２シャフト４の回転角とを個別に検出することなく、伝達トルクに対応する回転角差を直接的に求めることができる。よって、トルクを求めるために従来のように正弦波信号や余弦波信号の出力値を直接個別に取り込む必要がなく、信号処理のための負荷を低減でき、非線形な要素をなくすことができる。
さらに、第１交番信号における位相変化が誤差により第１シャフト３の回転角変化に正確に対応せず、また、第２交番信号における位相変化が誤差により第２シャフト４の回転角変化に正確に対応しなくても、両誤差の差の影響を受けることなく両シャフト３、４による伝達トルクに対応する値を求めることができる。すなわち、第１交番信号における位相変化に誤差を生じた場合、その誤差は第１交番信号の波形の歪みとなって表れ、また、第２交番信号における位相変化に誤差を生じた場合、その誤差は第２交番信号の波形の歪みとなって表れる。よって、第１交番信号の波形歪みに応じて変化する第１歪み指標値と第２交番信号の波形歪みに応じて変化する第２歪み指標値との差は、第１交番信号における位相変化の誤差と第２交番信号における位相変化の誤差との差に対応する。それゆえ、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差に対応する位相差対応信号から求められる伝達トルクに対応する値を、第１歪み指標値と第２歪み指標値との差に対応する値だけ補正することで、両誤差の差の影響を打ち消すことができる。
【００３４】
また、上記実施形態では第１、第２交番信号を、レゾルバ２１、２２、位相シフト回路２６ａ、２７ａ、加算回路２６ｂ、２７ｂという汎用部品を用いて出力することができ、さらに、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換するロジック信号変換回路２８ａ、２８ｂと、ロジック信号の排他的論理和に対応する信号を生成するＰＷＭ処理回路２８ｃという汎用部品を用いて出力することができる。
【００３５】
図８、図９の（１）、（２）、（３）は制御装置２０の変形例を示す。上記実施形態との相違は、第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時に上記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差が零になるように第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２は相対配置されている。出力信号処理部２８′は、第１ロジック信号変換回路２８ａから出力される第１ロジック信号の立ち上がり時点検出回路２８ｄと、第２ロジック信号変換回路２８ｂから出力される第２ロジック信号の立ち下がり時点検出回路２８ｅを有する。ＰＷＭ処理回路２８ｃ′として、第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号を出力する回路に代えて、ＳＲ（セットリセット）フリップフロップを有する。第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出信号はＰＷＭ処理回路２８ｃ′を構成するフリップフロップのＳ端子に入力され、第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出信号はそのＲ端子に入力される。これにより、ＰＷＭ処理回路２８ｃ′からＰＷＭ信号が出力される。そのＰＷＭ信号のＰＷＭデューティが第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する。
【００３６】
すなわち、図９（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ処理回路２８ｃ′から出力されるＰＷＭ信号Ｓ３と立ち上がり時点検出信号Ｓ４と立ち下がり時点検出信号Ｓ５を示す。この場合はΔθ＝０で、第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差は零となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２に等しいので、ＰＷＭデューティは５０％になる。図９（２）は第１、第２シャフト３、４により一方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差はΔθ（＞０）となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２よりも長いので、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％から大きくなる。図９（３）は第１、第２シャフト３、４により他方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差はΔθ（＜０）となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２よりも短いので、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％から小さくなる。これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換するロジック信号変換回路２８ａ、２８ｂと、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点を検出する回路２８ｄ、２８ｅと、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点に応じた立ち上がり時点と立ち下がり時点を有する信号を生成するＳＲフリップフロップのような汎用部品を用いて出力することができる。他は上記実施形態と同様で同一部分は同一符号で示す。なお、ＰＷＭ処理回路２８ｃ′を構成するＳＲフリップフロップのＳ端子に第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出信号が入力され、Ｒ端子に第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出信号が入力されてもよい。これによりＰＷＭ処理回路２８ｃ′は、第１ロジック信号の立ち上がり時点と第２ロジック信号の立ち下がり時点の中の一方が立ち上がり時点に対応し他方が立ち下がり時点に対応するＰＷＭ信号を上記位相差対応信号として出力する。
【００３７】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。
例えば、上記実施形態と変形例では第１、第２レゾルバ２１、２２から出力される第１、第２正弦振幅信号を位相シフトした第１、第２位相シフト信号それぞれを、第１、第２余弦振幅信号に加算することで第１、第２交番信号を出力したが、第１、第２レゾルバ２１、２２から第１、第２交番信号を直接に出力してもよい。すなわち、第１レゾルバステータ２１ｂの２相の捲線にＥｓｉｎ（ωｔ）とＥｃｏｓ（ωｔ）で表される励磁信号を入力することで、第１レゾルバロータ２１ａの捲線からＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される第１交番信号を出力し、第２レゾルバステータ２２ｂの２相の捲線にＥｓｉｎ（ωｔ）とＥｃｏｓ（ωｔ）で表される励磁信号を入力することで、第２レゾルバロータ２２ａの捲線からＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される第２交番信号を出力してもよい。この場合、各交番信号出力手段として上記実施形態における第１信号処理部２６と第２信号処理部２７は不要である。これにより第１、第２交番信号を汎用部品であるレゾルバ２１、２２を用いて出力することができ、構成をより簡単化できる。
【００３８】
また図１０に示すように、第１位相シフト回路２６ａと第２位相シフト回路２７ａに位相シフト量の調節手段が設けられてもよい。すなわち、各位相シフト回路２６ａ、２７ａにおいては、正弦振幅信号が抵抗Ｒ１を介して演算増幅器ＯＰの反転入力端子に入力され、コンデンサＣを介して演算増幅器ＯＰの非反転入力端子に入力され、演算増幅器ＯＰの出力端子は抵抗Ｒ２を介して接地され、演算増幅器ＯＰから出力される位相シフト信号は抵抗Ｒ３を介して負帰還され、そのコンデンサＣと演算増幅器ＯＰの間は可変抵抗Ｒ４を介して接地されている。その可変抵抗Ｒ４の抵抗値を変更することで、正弦振幅信号の位相シフト量を調節することが可能とされている。これにより、第１または第２の正弦振幅信号を、π／２位相シフトする際における位相シフト量の誤差をなくす事が可能になる。
【００３９】
さらに、上記実施形態や変形例では出力信号処理部２８、２８′から出力されるＰＷＭ信号のＰＷＭデューティを伝達トルクに対応する値として用いているが、ＰＷＭ信号の時間積分値を伝達トルクに対応する値として用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、分解能の高い高精度のトルクセンサを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図
【図２】本発明の実施形態のトルクセンサにおける（１）は第１正弦振幅信号を示す図、（２）は第１余弦振幅信号を示す図
【図３】本発明の実施形態のトルクセンサにおける信号処理部の構成を示す図
【図４】本発明の実施形態のトルクセンサにおける（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（２）は一方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（３）は他方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図
【図５】本発明の実施形態のトルクセンサにおける波形歪み検出部の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態のトルクセンサにおける各交番信号の波形を示す図
【図７】本発明の実施形態のトルクセンサの作用説明図
【図８】本発明の変形例のトルクセンサにおける信号処理部の構成を示す図
【図９】本発明の変形例のトルクセンサにおける（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号と立ち上がり時点検出信号と立ち下がり時点検出信号を示す図、（２）は一方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（３）は他方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図
【図１０】本発明の変形例のトルクセンサにおける位相シフト回路の構成を示す図
【符号の説明】
３  第１シャフト
４  第２シャフト
２１  第１レゾルバ（第１検出器）
２２  第２レゾルバ（第２検出器）
２６  第１信号処理部
２７  第２信号処理部
２７ａ  第２位相シフト回路
２７ｂ  第２加算回路
２８、２８′  出力信号処理部
２９  波形歪み検出部
２９Ａ  第１歪み指標値演算部
２９Ｂ  第２歪み指標値演算部
２９Ｃ  偏差演算部
２９ａ、２９ｃ、２９ｅ、２９ｇ  ゼロクロス検出回路
２９ｂ、２９ｆ  積分回路
２９ｄ、２９ｈ  時間計測回路
３０  偏差演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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