(57)【要約】【課題】分解能が高く高精度でコンパクトな非接触式トルクセンサを低コストで提供する。【解決手段】非接触式検出器２１は、第１シャフト３と同行回転する第１検出要素２１ａと、第１シャフト３に対して弾性的に相対回転可能な第２シャフト４と同行回転すると共に第１検出要素２１ａに非接触の第２検出要素２１ｂとを有し、両検出要素２１ａ、２１ｂの中の一方に対する他方の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号を出力する。その相対回転検知信号を両シャフト３、４による伝達トルクに対応する信号に変換する信号処理回路が設けられている。【選択図】図１
2005003586.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シャフトと同行回転する第１検出要素と、前記第２シャフトと同行回転すると共に前記第１検出要素に非接触の第２検出要素とを有する非接触式検出器とを備え、
前記検出器により、両検出要素の中の一方に対する他方の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号が出力され、
前記相対回転検知信号を両シャフトによる伝達トルクに対応する信号に変換する信号処理回路が設けられていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記相対回転検知信号として、ＫＥを係数、両検出要素の中の一方に入力される励磁信号の角周波数をω、ｔを時間、Δθを両シャフトの相対回転角とした時、両検出要素の中の他方から前記相対回転検知信号としてＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθで表される正弦振幅信号とＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表される余弦振幅信号とが出力され、
前記信号処理回路は、前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号を、一方を他方に対して相対的に位相をπ／２だけ進ませて加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋Δθ）で表される第１交番信号とする第１信号処理部と、一方を他方に対して相対的に位相をπ／２だけ遅らせて加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ−Δθ）で表される第２交番信号とする第２信号処理部と、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前記伝達トルクに対応する信号として出力する出力信号処理部とを有する請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第１信号処理部は、前記正弦振幅信号の出力端子と前記余弦振幅信号の出力端子とを接続する回路において、互いに直列に接続される第１抵抗と第１コンデンサとを有し、前記第１抵抗と前記第１コンデンサとの間が前記出力信号処理部に接続され、
前記第１抵抗の抵抗値と前記第１コンデンサの容量値は、前記第１抵抗と前記第１コンデンサとが前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号の中の一方に対してハイパスフィルタとして機能すると共に他方に対してローパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定され、
前記第２信号処理部は、前記正弦振幅信号の出力端子と前記余弦振幅信号の出力端子とを接続する回路において、前記第１抵抗と前記第１コンデンサに対して並列に接続されると共に互いに直列に接続される第２抵抗と第２コンデンサとを有し、前記第２抵抗と前記第２コンデンサとの間が前記出力信号処理部に接続され、
前記第２抵抗の抵抗値と前記第２コンデンサの容量値は、前記第２抵抗と前記第２コンデンサとが前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号の中の他方に対してハイパスフィルタとして機能すると共に一方に対してローパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定されている請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
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交番信号とが互いに対して位相が設定値だけずれるように、前記第１検出要素と前記第２検出要素は相対配置され、
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、前記第１ロジック信号と前記第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請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
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、前記第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出回路と、前記第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出回路と、前記第１ロジック信号の立ち上がり時点と前記第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請求項３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非接触式トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
接触式トルクセンサは接触部における接触不良や経時変化等の問題があるため、検出精度を要求される場合には非接触式トルクセンサが用いられている。非接触式トルクセンサとしては、第１シャフトと同行回転する磁性体と、第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと同行回転する磁性体と、両磁性体を覆うコイルとを備え、両シャフトの相対回転による両磁性体間の磁気抵抗の変化に応じたコイル出力から、両シャフトによる伝達トルクを求めるものが汎用されている。しかし、両磁性体とそれを覆うコイルを設けると部品点数、組み立て工数が大きくなり、トルクセンサが大型化するという問題がある。
【０００３】
そこで、第１シャフトと、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提案されている（特許文献１参照）。第１レゾルバにより検出される車体に対する第１シャフトの回転角と第２レゾルバにより検出される車体に対する第２シャフトの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。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９４２５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レゾルバのような検出器を２つ用いて第１シャフトの回転角と第２シャフトの回転角を個別に検出する場合、コストが増大するだけでなく、２つの検出器の検出誤差の差がトルク検出誤差になるため検出精度が低下する。
【０００６】
また、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。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。さらに、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。
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。
【０００７】
【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シャフトと同行回転する第１検出要素と、前記第２シャフトと同行回転すると共に前記第１検出要素に非接触の第２検出要素とを有する非接触式検出器とを備え、前記検出器により、両検出要素の中の一方に対する他方の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号が出力され、前記相対回転検知信号を両シャフトによる伝達トルクに対応する信号に変換する信号処理回路が設けられていることを特徴とする。
これにより、単一の非接触式検出器により第１シャフトと第２シャフトの相対回転角を検出できるので、接触不良や経時変化等の問題を生じることなく、また、大型化することなく、トルク検出精度を向上することができる。
【０００８】
前記相対回転検知信号として、ＫＥを係数、両検出要素の中の一方に入力される励磁信号の角周波数をω、ｔを時間、Δθを両シャフトの相対回転角とした時、両検出要素の中の他方から前記相対回転検知信号としてＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθで表される正弦振幅信号とＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表される余弦振幅信号とが出力され、前記信号処理回路は、前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号を、一方を他方に対して相対的に位相をπ／２だけ進ませて加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋Δθ）で表される第１交番信号とする第１信号処理部と、一方を他方に対して相対的に位相をπ／２だけ遅らせて加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ−Δθ）で表される第２交番信号とする第２信号処理部と、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前記伝達トルクに対応する信号として出力する出力信号処理部とを有するのが好ましい。
これにより、各交番信号の位相変化はそれぞれ両シャフトの相対回転角変化に対応し、両交番信号の中の一方の位相が進む時は他方の位相が遅れる。よって、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。
【０００９】
前記第１信号処理部は、前記正弦振幅信号の出力端子と前記余弦振幅信号の出力端子とを接続する回路において、互いに直列に接続される第１抵抗と第１コンデンサとを有し、前記第１抵抗と前記第１コンデンサとの間が前記出力信号処理部に接続され、前記第１抵抗の抵抗値と前記第１コンデンサの容量値は、前記第１抵抗と前記第１コンデンサとが前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号の中の一方に対してハイパスフィルタとして機能すると共に他方に対してローパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定され、前記第２信号処理部は、前記正弦振幅信号の出力端子と前記余弦振幅信号の出力端子とを接続する回路において、前記第１抵抗と前記第１コンデンサに対して並列に接続されると共に互いに直列に接続される第２抵抗と第２コンデンサとを有し、前記第２抵抗と前記第２コンデンサとの間が前記出力信号処理部に接続され、前記第２抵抗の抵抗値と前記第２コンデンサの容量値は、前記第２抵抗と前記第２コンデンサとが前記正弦振幅信号と前記余弦振幅信号の中の他方に対してハイパスフィルタとして機能すると共に一方に対してローパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定されているのが好ましい。
これにより、第１、第２交番信号を、レゾルバ等の検出器、抵抗、コンデンサという汎用部品を用いて出力することができる。
しかも、検出器の出力信号を第１、第２交番信号に変換する際に、抵抗とコンデンサをハイパスフィルタおよびローパスフィルタとして機能させることで、トルクの検出精度を向上することができる。
すなわち、検出器の出力信号の第１、第２交番信号への変換は、その精度を問題としないのであれば位相シフト回路を用いて行うことができる。例えば、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθで表される正弦振幅信号を位相シフト回路によりπ／２位相を進ませることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎΔθで表される信号に変換し、この変換された信号とＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表される余弦振幅信号とを加算回路により加算すれば、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋Δθ）で表される第１交番信号になる。また、正弦振幅信号を位相シフト回路によりπ／２位相を遅らせることでＫＥｓｉｎ（ωｔ−π／２）ｓｉｎΔθで表される信号に変換し、この変換された信号とＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表される余弦振幅信号とを加算回路により加算すれば、ＫＥｓｉｎ（ωｔ−Δθ）で表される第２交番信号になる。
これに対しハイパスフィルタおよびローパスフィルタを用いると、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθで表される正弦振幅信号とＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表される余弦振幅信号は、一方がハイパスフィルタを通過し他方がローパスフィルタを通過した後に、第１抵抗と第１コンデンサの間に接続された出力信号処理部に出力される際に重畳されて第１交番信号になる。その重畳前に、正弦振幅信号と余弦振幅信号の中の一方は、第１抵抗と第１コンデンサにより構成されるカットオフ周波数がωのハイパスフィルタを通過することになるので低周波成分が除去されて位相がπ／４だけ進み、ゲインが−３ｄＢの信号に変換され、また、正弦振幅信号と余弦振幅信号の中の他方は、第１抵抗と第１コンデンサにより構成されるカットオフ周波数がωのローパスフィルタを通過することになるので高周波成分が除去されて位相がπ／４だけ遅れ、ゲインが−３ｄＢの信号に変換される。よって、第１交番信号は、正弦振幅信号と余弦振幅信号の中の一方を他方に対して位相をπ／２だけ進ませて加算した信号になる。同様に、第２交番信号は、正弦振幅信号と余弦振幅信号の中の一方を他方に対して位相をπ／２だけ遅らせて加算した信号になる。しかも、第１、第２抵抗の抵抗値と第１、第２コンデンサの容量値に個体差によるバラツキがあっても、その高周波成分を除去された信号と低周波成分を除去された信号とのカットオフ周波数ωでの互いの位相差はπ／２から変動しないので、トルク検出精度の低下を防止できる。
【００１０】
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交番信号とが互いに対して位相が設定値だけずれるように、前記第１検出要素と前記第２検出要素は相対配置され、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、前記第１ロジック信号と前記第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。
【００１１】
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、前記第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出回路と、前記第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出回路と、前記第１ロジック信号の立ち上がり時点と前記第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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、第２シャフト４はベアリング８を介してそれぞれセンサハウジング７により支持されている。
【００１４】
第１シャフト３と第２シャフト４の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号を出力する非接触式検出器としてレゾルバ２１が設けられている。レゾルバ２１は、第１検出要素であるレゾルバロータ２１ａと、第２検出要素であるレゾルバステータ２１ｂを有する。レゾルバロータ２１ａは、第１シャフト３の外周に圧入されることで第１シャフト３と同行回転する。レゾルバステータ２１ｂは、第２シャフト４のフランジ部４ａに一体的に設けられた周壁４ａ′の内周に圧入されることで第２シャフト４と同行回転する。レゾルバステータ２１ｂはレゾルバロータ２１ａを覆うように配置され、レゾルバロータ２１ａに非接触である。なお、レゾルバステータ２１ｂを第１シャフト３と同行回転する第１検出要素とし、レゾルバロータ２１ａを第２シャフト４と同行回転する第２検出要素としてもよい。
【００１５】
レゾルバ２１は、レゾルバロータ２１ａに設けられた捲線に励磁信号が入力されることで、レゾルバステータ２１ｂに設けられた２相の捲線から両シャフト３、４の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号として正弦振幅信号と余弦振幅信号を出力する。すなわち、励磁信号をＥｓｉｎ（ωｔ）、Δθを両シャフト３、４の相対回転角とすると、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθで表されるｓｉｎΔθに比例する振幅を有する正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθで表されるｃｏｓΔθに比例する振幅を有する余弦振幅信号が出力される。ここで、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。図２（１）は、両シャフト３、４の相対回転角Δθが一定角速度で変化する時のΔθの変化に対するｓｉｎΔθとＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθの変化を示す。図２（２）は、両シャフト３、４の相対回転角Δθが一定角速度で変化する時のΔθの変化に対するｃｏｓΔθとＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθの変化を示す。
【００１６】
その励磁信号は、車載制御装置からレゾルバステータ２１ｂに設けられた励磁捲線を介してレゾルバロータ２１ａに設けられた捲線に入力され、レゾルバステータ２１ｂに設けられた捲線からの相対回転検知信号が車載制御装置に送られる。なお、制御装置とレゾルバステータ２１ｂとを接続する信号ケーブル２５は、第２シャフト４の回転時に断線しないように伸縮可能なコード、例えばカールコードにするのが好ましい。さらに、ステアリング装置を車体に組み付けるまでは、ステアリングシャフトの回転範囲が車輪の舵角制限ストッパーにより制限されないことから、その組み付けまではセンサハウジング７に対する第２シャフト４の回転を規制する取り外し可能なストッパーを適宜設けるのが好ましい。
【００１７】
図３に示すように、レゾルバ２１から出力される相対回転検知信号である正弦振幅信号ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎΔθと余弦振幅信号ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓΔθは、制御装置２０における信号処理回路により両シャフト３、４による伝達トルクに対応する信号に変換される。その信号処理回路は第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を有する。
【００１８】
第１信号処理部２６は、レゾルバ２１における正弦振幅信号の出力端子２１′と余弦振幅信号の出力端子２１″とを正弦振幅信号の入力インターフェース２０ｂと余弦振幅信号の入力インターフェース２０ａを介して接続する回路において、互いに直列に接続される第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂを有する。第１抵抗２６ａは余弦振幅信号の出力端子２１″側に、第１コンデンサ２６ｂは正弦振幅信号の出力端子２１′側に配置される。第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂとの間が出力信号処理部２８に接続される。これにより、第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂとが正弦振幅信号に対してハイパスフィルタとして機能すると共に余弦振幅信号に対してローパスフィルタとして機能する。第１抵抗２６ａの抵抗値と第１コンデンサ２６ｂの容量値は、第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂとが正弦振幅信号に対してハイパスフィルタとして機能すると共に余弦振幅信号に対してローパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定される。すなわち、図４（１）はローパスフィルタに入力される余弦振幅信号に対する出力信号のゲイン特性を実線により示し、ハイパスフィルタに入力される正弦振幅信号に対する出力信号のゲイン特性を破線により示すボード線図であり、図４（２）はローパスフィルタに入力される余弦振幅信号に対する出力信号の位相特性を実線により示し、ハイパスフィルタに入力される正弦振幅信号に対する出力信号の位相特性を破線により示すボード線図である。余弦振幅信号は、第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂにより構成されるカットオフ周波数がωのローパスフィルタを通過することになるので高周波成分が除去されて位相がπ／４だけ遅れ、ゲインが−３ｄＢの信号に変換される。また、正弦振幅信号は、第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂにより構成されるカットオフ周波数がωのハイパスフィルタを通過することになるので低周波成分が除去されて位相がπ／４だけ進み、ゲインが−３ｄＢの信号に変換される。よって、第１交番信号は、正弦振幅信号を余弦振幅信号に対して相対的に位相をπ／２だけ進ませて加算したＫＥｓｉｎ（ωｔ＋Δθ）で表される信号になる。すなわち、第１信号処理部２６は、両シャフト３、４の相対回転角Δθの変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する。この際、第１抵抗２６ａの抵抗値と第１コンデンサ２６ｂの容量値に個体差によるバラツキがあっても、その高周波成分を除去された信号と低周波成分を除去された信号とのカットオフ周波数ωでの互いの位相差はπ／２から変動しない。
【００１９】
第２信号処理部２７は、レゾルバ２１における正弦振幅信号の出力端子２１′と余弦振幅信号の出力端子２１″とを正弦振幅信号の入力インターフェース２０ｂと余弦振幅信号の入力インターフェース２０ａを介して接続する回路において、第１抵抗２６ａと第１コンデンサ２６ｂに対して並列に接続されると共に互いに直列に接続される第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂを有する。第２抵抗２７ａは正弦振幅信号の出力端子２１′側に、第２コンデンサ２７ｂは余弦振幅信号の出力端子２１″側に配置される。第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂとの間が出力信号処理部２８に接続される。これにより、第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂとが正弦振幅信号に対してローパスフィルタとして機能すると共に余弦振幅信号に対してハイパスフィルタとして機能する。第２抵抗２７ａの抵抗値と第２コンデンサ２７ｂの容量値は、第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂとが正弦振幅信号に対してローパスフィルタとして機能すると共に余弦振幅信号に対してハイパスフィルタとして機能する際にカットオフ周波数が前記ωになるように設定される。正弦振幅信号は、第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂにより構成されるカットオフ周波数がωのローパスフィルタを通過することになるので高周波成分が除去されて位相がπ／４だけ遅れ、ゲインが−３ｄＢの信号に変換される。また、余弦振幅信号は、第２抵抗２７ａと第２コンデンサ２７ｂにより構成されるカットオフ周波数がωのハイパスフィルタを通過することになるので低周波成分が除去されて位相がπ／４だけ進み、ゲインが−３ｄＢの信号に変換される。よって、第２交番信号は、正弦振幅信号を余弦振幅信号に対して相対的に位相をπ／２だけ遅らせて加算したＫＥｓｉｎ（ωｔ−Δθ）で表される信号になる。すなわち、第２信号処理部２７は、両シャフト３、４の相対回転角Δθの変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する。この際、第２抵抗２７ａの抵抗値と第２コンデンサ２７ｂの容量値に個体差によるバラツキがあっても、その高周波成分を除去された信号と低周波成分を除去された信号とのカットオフ周波数ωでの互いの位相差はπ／２から変動しない。
【００２０】
第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時、すなわちΔθ＝零の時に第１交番信号と第２交番信号とが互いに対して位相が設定値（本実施形態ではπ／２）だけずれるように、レゾルバロータ２１ａとレゾルバステータ２１ｂは相対配置されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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５（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、両シャフトの相対回転角Δθ＝零であるから、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５（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、両シャフトの相対回転角Δθ＝δ（δ＞０）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＋２δ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５（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、両シャフトの相対回転角Δθ＝−δ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／２−２δ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。
【００２４】
なお、第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時、第１交番信号と第２交番信号の間の互いに対する位相ずれはπ／２に限定されず、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信号が第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ればよい。
【００２５】
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。すなわち、出力信号処理部２８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波形が変化する位相差対応信号を、伝達トルクに対応する信号として出力する。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。
【００２６】
上記実施形態のトルクセンサ１によれば、単一の非接触式検出器であるレゾルバ２１により第１シャフト３と第２シャフト４の相対回転角を検出できるので、接触不良や経時変化等の問題を生じることなく、また、大型化することなく、トルク検出精度を向上することができる。よって、電動モータをトルクセンサ１の検出値に基づき制御した場合、ドライバーに違和感を与えることがなく操舵フィーリングの低下を防止できる。また、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、両シャフト３、４の相対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２１、抵抗２６ａ、２７ａ、コンデンサ２６ｂ、２７ｂという汎用部品を用いて出力することができる。また、レゾルバ２１の出力信号を第１、第２交番信号に変換する際に、抵抗２６ａ、２７ａとコンデンサ２６ｂ、２７ｂをローパスフィルタおよびハイパスフィルタとして機能させることで、トルクの検出精度を向上することができる。しかも、第１、第２抵抗２６ａ、２７ａの抵抗値と第１、第２コンデンサ２６ｂ、２７ｂの容量値に個体差によるバラツキがあっても、それら抵抗２６ａ、２７ａとコンデンサ２６ｂ、２７ｂがローパスフィルタおよびハイパスフィルタとして機能することで高周波成分を除去された信号と低周波成分を除去された信号とのカットオフ周波数ωでの互いの位相差はπ／２から変動しないので、トルク検出精度の低下を防止できる。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。
【００２７】
図６、図７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がずれないようにレゾルバロータ２１ａとレゾルバステータ２１ｂ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。
【００２８】
すなわち、図７（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７（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７（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。
【００２９】
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。また、検出器はレゾルバに限定されず、両検出要素の中の一方に対する他方の相対回転角の変化に対応して変化する相対回転検知信号を出力する非接触式検出器であればよく、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ）センサでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、分解能が高く高精度でコンパクトな非接触式トルクセンサを低コストで提供できる。
【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）は正弦振幅信号を示す図、（２）は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】本発明の実施形態における余弦振幅信号と正弦振幅信号がローパスフィルタとハイパスフィルタに夫々入力された場合の出力信号の（１）はゲイン特性を示すボード線図、（２）は位相特性を示すボード線図
【図５】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６】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７】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
【符号の説明】
３  第１シャフト
４  第２シャフト
２１  レゾルバ（検出器）
２１ａ  レゾルバロータ（第１検出要素）
２１ｂ  レゾルバステータ（第２検出要素）
２６  第１信号処理部
２６ａ  第１抵抗
２６ｂ  第１コンデンサ
２７  第２信号処理部
２７ａ  第２抵抗
２７ｂ  第２コンデンサ
２８、２８′  出力信号処理部
２８ａ  第１ロジック信号変換回路
２８ｂ  第２ロジック信号変換回路
２８ｃ、２８ｃ′  ＰＷＭ処理回路
２８ｄ  立ち上がり時点検出回路
２８ｅ  立ち下がり時点検出回路
【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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