(57)【要約】【課題】  トーションバーを介して同軸上に連結される２つの軸間に加わるトルクを正確に測定でき、小型化が可能で、さらに電源ＯＮの直後等でもすぐにトルクの測定を行えるトルク測定装置を提供する。【解決手段】  ２つの軸２１，２２に、円周方向に並ぶ複数の被検出極１ａ，２ａが等配された環状のセンサターゲット１，２をそれぞれ設ける。センサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａを検出する磁気センサ３，４をそれぞれ設ける。各磁気センサ３，４の出力信号に基づき２つの軸２１，２２間に加わるトルクを測定する。センサターゲット１，２は、それぞれの被検出極１ａ，２ａの位相が互いに円周方向にずれた２つの磁気トラック４０1 ，４０2 を有する。磁気センサ３，４は、２つの磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ，２ａの１磁極対内での位置を検出して出力すると共に、被検出極１ａ，２ａの１磁極対ごとに１つの基準信号を出力する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して同軸上に連結された第１および第２の軸に、これらの軸と同心に円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配された環状のセンサターゲットをそれぞれ設けると共に、これらのセンサターゲットの前記被検出極を検出する磁気センサをそれぞれ設け、各磁気センサの出力信号に基づき前記第１および第２の軸間に加わるトルクを測定するトルク測定装置であって、
前記各センサターゲットにはそれぞれ複数の被検出極が等配された２つの磁気トラックがあり、両磁気トラックは被検出極の位相が互いに円周方向の一方向にずれて形成されており、前記各磁気センサは、対向するセンサターゲットにおける前記２つの磁気トラックの被検出極をそれぞれ検出する２つのトラック別センサ部を有し、これら２つのトラック別センサ部の検出信号から、被検出極の１磁極対のピッチ内での、このピッチを複数に分割した各位置を表す回転パルス信号と、被検出極の１磁極対毎に１つの基準信号とを生成して出力することを特徴とするトルク測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記磁気センサの前記各トラック別センサ部は、対向する磁気トラックの被検出極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサを有し、ＳＩＮおよびＣＯＳの２相の信号出力を演算によって生成するものとしたトルク測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記磁気センサが、前記被検出極を検出するセンサ素子部と、検出処理回路部とを備え、この検出処理回路部は、前記センサ素子部の出力信号を逓倍して前記出力信号よりも高分解能の回転パルス信号を生成する逓倍回路を有するトルク測定装置。
【請求項４】
請求項３において、前記検出処理回路部は、前記の逓倍された回転パルス信号として、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つの回転パルス信号を出力するトルク測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、各磁気センサは、前記被検出極を検出するセンサ素子部と、検出処理回路部とを備え、この検出処理回路部は、前記センサ素子部の出力信号から、前記センサターゲットの１回転で１回のインデックス信号を生成するトルク測定装置。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれか１項において、前記各磁気センサの生成する回転パルス信号のカウント値から対応する各センサターゲットの回転角度を検出するカウンタと、このカウンタで検出された２つの回転角度の差分を求める角度差算出手段と、前記差分から前記第１および第２の軸間に加わるトルクを算出するトルク算出手段とを設けると共に、前記差分と前記第１および第２の軸の運転状態とから前記算出トルクに含まれる定常オフセット量を推定し、前記トルク算出からオフセット分をキャンセルするオフセットキャンセル手段を設けたトルク測定装置。
【請求項７】
請求項３ないし請求項５のいずれか１項において、前記各磁気センサの生成する回転パルス信号のカウント数から対応する各センサターゲットの回転角度を検出するカウンタと、これらのカウンタで検出された２つの回転角度の差分を求める角度差算出手段と、前記差分から前記第１および第２の軸間に加わるトルクを算出するトルク算出手段とを設けると共に、前記第１および第２の軸にトルクが印加されていない運転状態において前記カウント値をリセットする計数値リセット手段を設けたトルク測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記２つのセンサターゲットの間に磁気干渉防止用の磁性体を設けたトルク測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のトルク測定装置を搭載した軸トルク測定機能付きステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トーションバーを介して同軸上に連結された２つの軸間に加わるトルクを測定するトルク測定装置、およびこれを搭載したステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のトルク測定装置として、特許文献１に示すものが提案されている。その目的は、トーションバーの曲げ変形に伴うセンサターゲットと磁気センサとの間のエアギャップの変動を抑え、高精度での回転トルクの検出を可能とすることである。構成としては、トーションバーを介して同軸上に連結された入力軸および出力軸のそれぞれに螺旋状の突起からなる複数のセンサターゲットを設ける。各センサターゲットを検出する磁気センサを設け、トーションバーの捩じれに起因して各磁気センサの検出するセンサターゲットの変位で生じる差に基づき、両軸間に加わるトルクを検出する。
【０００３】
他に、特許文献２に示すものが提案されている。その目的は、従来よりも非常に簡単な構造により、トルク検出精度を高めることである。構成としては、トーションバーを介して同軸上に連結された入力軸および出力軸のそれぞれに、少なくとも２つの磁気トラックを持つ磁気媒体をそれぞれ設ける。各磁気媒体に対向して、各磁気トラックに感応する磁気検出素子を配置し、これら磁気検出素子の出力信号に基づいて前記両軸間に加わるトルクを検出する。
【０００４】
なお、回転角度検出の分解能化を図るものとしては、磁気ラインセンサおよび逓倍回路を設けたものがある（例えば特許文献３，４）。これは、一列に並べた磁気ラインセンサからの信号を加算処理して中間信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、さらにそれらの中間信号Ｓ１，Ｓ２を演算処理することによって９０°位相のずれた２相の信号ＳＩＮ，ＣＯＳを得る構成である。この構成によれば、検出対象である磁気エンコーダに応じて正確な信号ＳＩＮ，ＣＯＳを得ることができ、この信号ＳＩＮ，ＣＯＳに基づいて高精度な逓倍出力を生成することができる。
また、複列の磁気エンコーダにより、基準信号を生成する基準信号パルス付エンコーダが提案されている（特許文献５，６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２４３９４号公報
【特許文献２】特開２００４−６１１４９号公報
【特許文献３】特表２００１−５１８６０８号公報
【特許文献４】特表２００２−５４１４８５号公報
【特許文献５】特表２００１−５１８６０９号公報
【特許文献６】特表２００２−５１２６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示のトルク測定装置では、センサターゲットとして部分的な螺旋状の突起を軸の周囲に繰り返し設ける必要があり、構成が複雑になる問題がある。
特許文献２に開示のトルク測定装置では、複数の磁気トラックとこれらに対向する複数の磁気センサが必要である。そのため、装置全体が軸方向に大きくなるという問題があり、適用できる範囲が制限される可能性がある。
【０００７】
上記従来のトルク測定装置の問題を解決するために、本件出願人は、以下の提案（特願２００９−２３０６１４）を行った。すなわち、２つの軸にセンサターゲットと磁気センサとをそれぞれ設け、両軸間に加わるトルクを測定するトルク測定装置において、前記各磁気センサは、対応するセンサターゲットにおける被検出極のピッチ内でその被検出極の並び方向に互いに位置ずれして配置された複数のセンサ素子を有し、ＳＩＮおよびＣＯＳの２相の信号出力を得る。または、同トルク測定装置において、前記各磁気センサは、対応するセンサターゲットにおける被検出極の並び方向に沿って複数のセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、ＳＩＮおよびＣＯＳの２相の信号出力を演算によって生成する。この提案例の構成によると、２軸間に加わるトルクを正確に測定でき、さらに小型化を図ることができる。さらに、磁気センサの逓倍検出機能を備えた構成とすれば、検出分解能が高まり、より一層トルクの測定精度が向上する。
【０００８】
上記提案例のトルク測定装置は、軸の回転に伴って出力される回転パルス信号をカウントすることにより、両軸の各磁気センサ間でのねじり量を検出してトルク換算する構成であるが、入力トルクが零の状態で両軸のカウンタをリセットしないと、正確なトルクを求めることができない。そのため、電源ＯＮの直後にトルクが印加された状態であった場合には、何らかの別の状態、例えばステアリング装置に適用した場合では、車両の状態等から入力トルクが零の状態を判断し、カウンタ値をリセットする操作が必要であった。
【０００９】
また、上記提案例には、センサターゲットが１回転する毎に基準信号を１回出力させることにより、回転パルス信号のカウントに誤カウントが発生した場合でも、カウントをリセットさせる構成も提示されている。しかし、電源ＯＮの直後等のように、基準信号からの位相情報が無い状態では、トルクの測定誤差が発生する。上記のように１回転に１回の基準信号出力であると、位相情報の無い状態が長く続くこととなる。測定誤差はできるだけ発生せず、発生した場合でもできるだけ短時間で解消することが望まれる。
なお、基準信号出力用のセンサを別途設置すると、設置スペースやコストが増加するので、できるだけ簡単な構成で上記の課題を解決することが望まれる。
【００１０】
特許文献５，６の基準信号パルス付エンコーダは、いずれも、基準信号の生成用として周方向の一部に特異パターンが存在し、そのためトラック間の磁気干渉によるピッチ精度の悪化を招く恐れがある。
【００１１】
この発明の目的は、トーションバーを介して同軸上に連結される２軸間に加わるトルクを正確に測定でき、小型化が可能で、さらに電源ＯＮの直後等でもすぐにトルクの測定を行えるトルク測定装置を提供することである。
この発明の他の目的は、電源ＯＮの直後等でもすぐにトルクを正確に測定でき、かつトルク測定装置の小型化が可能なステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明のトルク測定装置は、トーションバーを介して同軸上に連結された第１および第２の軸に、これらの軸と同心に円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配された環状のセンサターゲットをそれぞれ設けると共に、これらのセンサターゲットの前記被検出極を検出する磁気センサをそれぞれ設け、各磁気センサの出力信号に基づき前記第１および第２の軸間に加わるトルクを測定するトルク測定装置であって、
前記各センサターゲットにはそれぞれ複数の被検出極が等配された２つの磁気トラックがあり、両磁気トラックは被検出極の位相が互いに円周方向の一方向にずれて形成されており、前記各磁気センサは、対向するセンサターゲットにおける前記２つの磁気トラックの被検出極をそれぞれ検出する２つのトラック別センサ部を有し、これら２つのトラック別センサ部の検出信号から、被検出極の１磁極対のピッチ内での、このピッチを複数に分割した各位置を表す回転パルス信号と、被検出極の１磁極対毎に１つの基準信号とを生成して出力することを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、センサターゲットに形成された磁極対の個数分の基準信号と、被検出極の１磁極対のピッチ内での分割された各位置を表す回転パルス信号とが得られる。そのため、最大でも１磁極対分の回転運動を行えば、回転パルス信号のカウント値と基準信号とによって、磁極対内の絶対位置を取得することができる。例えば、３６対の磁極対が形成されている場合、最大でも１０度回転すれば、磁極対内の絶対位置が求められる。したがって、電源ＯＮの直後など、２つの磁気センサ間の相対角度ずれが不明な状態であっても、僅かな回転を与えるだけで角度ずれの大きさが判明し、それにより第１および第２の軸間のねじれ角度を検出して、正確なトルク検出を行うことができる。それぞれの回転パルス信号のカウント値を記憶しておく必要もなく、簡易な検出回路構成が可能となる。すなわち、運転状態からトルクゼロの状態を判断し、カウンタのリセット動作をする必要もなく、検出処理回路や処理ソフトウェアの構成が簡易化される。
センサターゲットには、２つの磁気トラックが全周に渡って一定の周方向位相差を持って形成されているため、周方向に特異パターンが存在しない。そのため、トラック間の磁気干渉によるピッチ精度の悪化がなく、高い回転検出精度を得ることができる。したがって、より一層精度の良いトルク検出が行える。
【００１４】
この発明において、前記磁気センサの前記各トラック別センサ部は、対向する磁気トラックの被検出極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサを有し、ＳＩＮおよびＣＯＳの２相の信号出力を演算によって生成するものとしても良い。
このようにラインセンサを用いると、センサターゲットの被検出極のピッチを通常のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）センサ等と同等に保ちながら、磁気センサにより被検出極間の位置を検出することができて、第１および第２の軸の微小な回転検出が可能になる。そのため、前記両軸間のわずかな回転ずれでも検出でき、両磁気センサの検出回転角度の差から２軸間に加わる微小なトルクでも正確に測定することが可能となる。その結果、トーションバーを介して同軸上に連結される第１および第２の軸間に加わるトルクを正確に測定できる。
【００１５】
この発明において、前記磁気センサが、前記被検出極を検出するセンサ素子部と、検出処理回路部とを備え、この検出処理回路部は、前記センサ素子部の出力信号を逓倍して前記出力信号よりも高分解能の回転パルス信号を生成する逓倍回路を有していても良い。
逓倍回路を設けることで、簡単でかつコンパクトな構成で、より高分解能の回転パルス信号を生成することができる。これにより、両軸間のわずかな回転ずれでも検出でき、両磁気センサの検出回転角度の差から２軸間に加わる微小なトルクでも正確に測定することが可能となる。
上記のように、ラインセンサを用いたり、逓倍回路を設けることで、第１および第２の軸の微小な回転角度を回転パルスの計数により検出することになるので、２つのセンサターゲットのうち一方が止まっていても、つまり前記２軸の一方が静止している状態でも、両軸間に加わるトルクを正確に測定することができる。
【００１６】
この発明において、前記検出処理回路部は、前記の逓倍された回転パルス信号として、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つの回転パルス信号を出力するものとしても良い。
上記Ａ，Ｂ相の２つの回転パルス信号を出力した場合、これら２相の信号によって回転方向を判別することができる。そのため、正負どちらの回転方向のトルクでも測定することが可能となる。
【００１７】
この発明において、各磁気センサは、前記被検出極を検出するセンサ素子部と、検出処理回路部とを備え、この検出処理回路部は、前記センサ素子部の出力信号から、前記センサターゲットの１回転で１回のインデックス信号を生成するようにしても良い。１回転で１回のインデックス信号が出力されると、絶対角度の検出がより一層容易となる。
【００１８】
この発明において、前記各磁気センサの生成する回転パルス信号のカウント値から対応する各センサターゲットの回転角度を検出するカウンタと、このカウンタで検出された２つの回転角度の差分を求める角度差算出手段と、前記差分から前記第１および第２の軸間に加わるトルクを算出するトルク算出手段とを設けると共に、前記差分と前記第１および第２の軸の運転状態とから前記算出トルクに含まれる定常オフセット量を推定し、前記トルク算出からオフセット分をキャンセルするオフセットキャンセル手段を設けても良い。
各磁気センサの生成する回転パルスをカウンタで計数し、センサターゲットの回転角度をカウント値として保持する場合には、機械的なガタツキによって定常オフセットが発生したり、ノイズによる誤カウンタによって両カウンタの計数値がずれたりして、トルク演算に誤差が生じることがある。上記オフセットキャンセル手段で、回転パルスの差分をモニタしながら、運転状態に応じたフィルタ処理を行って定常オフセット分を抽出して、トルク算出手段での演算処理においてオフセットを除去すると、機械的なガタツキ等によって発生するオフセットの影響を低減して、正確なトルク測定を行うことができる。上記「運転状態」とは、このトルク測定装置を設置した自動車等の機器の停止状態と動作状態との区別や、トルク測定開始前の入力側の前記軸の回転方向等である。
【００１９】
この発明において、前記各磁気センサの生成する回転パルス信号のカウント数から対応する各センサターゲットの回転角度を検出するカウンタと、これらのカウンタで検出された２つの回転角度の差分を求める角度差算出手段と、前記差分から前記第１および第２の軸間に加わるトルクを算出するトルク算出手段とを設けると共に、前記第１および第２の軸にトルクが印加されていない運転状態において前記カウント値をリセットする計数値リセット手段を設けても良い。
この構成の場合、前記カウント値に積算されたノイズの影響等を除去して、正確なトルクの測定を行うことができる。
【００２０】
この発明において、前記２つのセンサターゲット間に磁気干渉防止用の磁性体を設けても良い。
近接配置される２つの磁気センサでは、検出対象でないセンサターゲットの干渉を受ける恐れがある。２つのセンサターゲットの間に磁気干渉防止用の磁性体を介在させることで、磁気センサが検出対象でないセンサターゲットの干渉を受けるのを防止でき、これにより正確なトルク検出が可能となる。
【００２１】
この発明の軸トルク測定機能付きステアリング装置は、この発明の上記のいずれかの構成のトルク測定装置を搭載したものである。
この発明のトルク測定装置は、第１および第２の軸間に加わるトルクを、電源ＯＮの直後等でもすぐに正確に測定でき、かつ小型化が可能である。そのため、例えば自動車等のステアリング装置に搭載した場合、ハンドルに連結された入力軸と、舵取機構に連結された出力軸との間に加わるトルクを常に正確に測定でき、パワーステアリングやステアバイワイヤ等でのステアリング制御をより高度に行うことが可能となる。これにより、運転し易さ、安全の向上等に貢献することができる。また、検出の高精度化を図りながら、大型化を回避できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明のトルク測定装置は、トーションバーを介して同軸上に連結された第１および第２の軸に、これらの軸と同心に円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配された環状のセンサターゲットをそれぞれ設けると共に、これらのセンサターゲットの前記被検出極を検出する磁気センサをそれぞれ設け、各磁気センサの出力信号に基づき前記第１および第２の軸間に加わるトルクを測定するトルク測定装置であって、前記各センサターゲットにはそれぞれ複数の被検出極が等配された２つの磁気トラックがあり、両磁気トラックは被検出極の位相が互いに円周方向の一方向にずれて形成されており、前記各磁気センサは、対向するセンサターゲットにおける前記２つの磁気トラックの被検出極をそれぞれ検出する２つのトラック別センサ部を有し、これら２つのトラック別センサ部の検出信号から、被検出極の１磁極対のピッチ内での、このピッチを複数に分割した各位置を表す回転パルス信号と、被検出極の１磁極対毎に１つの基準信号とを生成して出力するため、トーションバーを介して同軸上に連結される２軸間に加わるトルクを正確に測定でき、小型化が可能で、さらに電源ＯＮの直後等でもすぐにトルクの測定を行える。
【００２３】
この発明のステアリング装置は、この発明のトルク測定装置を搭載したため、電源ＯＮの直後等でもすぐにトルクを正確に測定でき、かつトルク測定装置の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態にかかるトルク測定装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】（Ａ）は同トルク測定装置の具体的構成を示す断面図、（Ｂ）はそのセンサターゲットの磁気パターンを示す図である。
【図３】同センサターゲットの磁気パターンと磁気センサの出力信号との関係を示す図である。
【図４】（Ｂ）この発明の他の実施形態にかかるトルク測定装置の断面図、（Ｂ）はそのセンサターゲットの磁気パターンを示す図である。
【図５】各実施形態のトルク測定装置における信号処理系の一構成例を示すブロック図である。
【図６】各実施形態のトルク測定装置における磁気センサの一具体例を示す説明図である。
【図７】各実施形態のトルク測定装置における磁気センサの他の具体例を示す説明図である。
【図８】同トルク測定装置における信号処理系の他の構成例を示すブロック図である。
【図９】同トルク測定装置における信号処理系のさらに他の構成例を示す説明図である。
【図１０】同磁気センサにおける逓倍回路の一例を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施形態にかかるトルク測定装置におけるさらに他の概略構成例を示す正面図である。
【図１２】この発明の実施形態にかかるトルク測定装置を用いたステアリング装置の概略構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、このトルク測定装置の概略構成例の正面図である。同図において、第１および第２の軸２１，２２は、トーションバー２３を介して同軸上に連結されている。第１の軸２１は入力側の回転軸であり、その回転トルクがトーションバー２３を介して出力側の回転軸である第２の軸２２に伝達される。このトルク測定装置は、第１および第２の軸２１，２２間に加わるトルクを測定するものであって、各軸２１，２２にそれぞれ設けられたセンサターゲット１，２と、これらセンサターゲット１，２に対向して設けられた２つの磁気センサ３，４とを備える。これら磁気センサ３，４は、ホール素子等のセンサ素子で構成されるセンサ素子部３Ｃ，４Ｃと、このセンサ素子部３Ｃ，４Ｃの検出信号を処理する検出処理回路部３Ｄ，４Ｄを含む。
【００２６】
センサターゲット１，２は、各軸２１，２２と同心に円周方向に並ぶ複数の被検出極１ａ，２ａが等配された環状の部材であって、例えば磁気エンコーダからなる。ここでは、その周面に被検出極が並ぶラジアルタイプのセンサターゲット１，２の例を示しており、その周面が磁気センサ３，４で検出される被検出面となる。磁気エンコーダは、被検出極１ａ，２ａとして、円周方向にＮ極、Ｓ極を交互に着磁することで、Ｎ極、Ｓ極からなる磁極対を、全周に渡り円周方向に複数等配したものである。なお、同図において、被検出極１ａ，２ａは周方向の一部のもののみを図示し、他は図示を省略してある。センサターゲット１，２としては、磁気エンコーダのほか、歯車状のパルサリングを用いても良い。歯車状のパルサリングの場合、１対の歯の山と谷の組み合わせ部分が１磁極対となる。
【００２７】
２つの磁気センサ３，４の検出処理回路部３Ｄ，４Ｄの出力信号は信号処理回路６に入力され、ここでの演算処理により、第１および第２の軸２１，２２間に加わるトルクが測定される。２つの磁気センサ３，４は、１つのセンサユニット５として構成されて、固定側部材２６に設置される。センサユニット５は、２つの磁気センサ３，４のセンサ素子部３Ｃ，４Ｃのみを一体化したものであっても、また検出処理回路部３Ｄ，４Ｄを含めて一体化したものであっても良い。
【００２８】
なお、図１１に示すように、２つの磁気センサ３，４を前記信号処理回路６（図１１には図示せず）等と共に１つの半導体チップ７上に搭載して、または１つの基板上に実装して、１つのセンサユニット５を構成しても良い。このようにセンサユニット５内で信号処理を行う構成とした場合は、外部に出力する信号線を最低限とすることができ、配線本数の削減、配線径の細線化、設置スペースの削減が可能になる。
【００２９】
図２は、この実施形態のトルク測定装置の具体例を示す。図２（Ａ）において、第１および第２の軸２１，２２は、それぞれ軸受２４，２５を介して、測定装置ハウジングとなる固定側部材２６に回転自在に支持されている。トーションバー２３は、第１および第２の軸２１，２２よりも小径とされている。第１および第２の軸２１，２２に取付けられるセンサターゲット１，２は、環状の芯金１ｂ，２ｂの外周面に環状の多極磁石１ｃ，２ｃを設けたラジアルタイプの磁気エンコーダが用いられている。芯金１ｂ，２ｂは、磁性体または非磁性体からなる。多極磁石１ｃ，２ｃが、センサターゲット１，２の外周面となる。
【００３０】
両センサターゲット１，２は、その多極磁石１ｃ，２ｃの外周面からなる被検出面が互いに軸方向に近接するように、第１および第２の軸２１，２２の対向する端面から突出して取付けられている。このように突出する取付けが可能なように、芯金１ｂ，２ｂは、第１および第２の軸２１，２２の外周面に嵌合する円筒つば状の嵌合部１ｂａ，２ｂａが内周部から軸方向に突出して設けられている。両センサターゲット１，２を互いに軸方向に近接して配置することにより、これらセンサターゲット１，２に径方向に対向する磁気センサ３，４を、互いに軸方向に近接して（例えば５ｍｍ以下の間隔で）配置している。このように、２つのセンサターゲット１，２を互いに軸方向に近接配置し、対応する２つの磁気センサ３，４も互いに軸方向に近接配置することで、限られた設置スペース内で第１および第２の軸２１，２２間に加わるトルクを正確に検出することができる。
【００３１】
この場合、近接配置された２つの磁気センサ３，４では、検出対象ではない方のセンサターゲット２，１の干渉を受ける恐れがある。そこで、この構成例では、２つのセンサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａが互いに近接する軸方向中間部に磁性体からなるスペーサ２ｄを設けて、前記干渉を防止するようにしている。具体的には、一方のセンサターゲット２の芯金２ａの他方のセンサターゲット１と対向する端部を外径側に延ばした筒状フランジ部とすることで、前記スペーサ２ｄを構成している。このスペーサ２ｄは、他方のセンサターゲット１に設けても良い。
【００３２】
多極磁石１ｃ，２ｃは、図２（Ｂ）に示すように、円周方向ＣにＮ極、Ｓ極を交互に着磁した磁石であり、そのＮ極、Ｓ極の着磁対で前記被検出極１ａ，２ａが構成される。多極磁石１ｃ，２ｃは、軸方向に並ぶ２つの磁気トラック４０1 ，４０2 を有する。各磁気トラック４０1 ，４０2 は、互いに同じ被検出極数で等ピッチの磁気パターンが形成され、それぞれの磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 の位相が互いに円周方向にずれている。図２（Ｂ）は、一つのセンサターゲット１の磁気トラック４０1 ，４０2 を示したが、他の一つのターゲット２についても、センサターゲット１と同様に、磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極２ａ1 ，２ａ2 の位相が互いに円周方向にずれている。なお、２本の磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 、および被検出極２ａ1 ，２ａ2 をそれぞれ併せたものを、センサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａと称している。各センサターゲット１，２の２つの磁気トラック４０1 ，４０2 の間には、図２（Ａ）のように、磁気干渉防止用の磁性体１ｅ，２ｅを介在させることが好ましい。
【００３３】
図２（Ａ）において、２つの磁気センサ３，４は、対応するセンサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａを検出できるように、被検出面に対して径方向に微小のギャップを介して対向する状態で、固定側部材２６に設置される。この例では、２つの磁気センサ３，４は、上記のように１つのセンサユニット５として構成され、固定側部材２６の内周面に設置される。また、各磁気センサ３，４は、センサターゲット１，２の各磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 、被検出極２ａ1 ，２ａ2 をそれぞれ検出するトラック別センサ部３1 ，３2 、およびトラック別センサ部４1 ，４2 でそれぞれ構成される。
なお、磁気センサ３，４は、図１と共に前述したように、センサ素子部３Ｃ，４Ｃと検出処理回路部３Ｄ，４Ｄとを含み、センサ素子部３Ｃ，４Ｃは、トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 毎に設けられるが、検出処理回路部３Ｄ，４Ｄは、両トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 につき、一つで構成されていても、個別に２つ設けられていても、また個別部分と共通部分とで構成されていても良い。
【００３４】
各磁気センサ３，４は、それぞれの２つのトラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 の検出信号から、被検出極１ａ，２ａの１磁極対のピッチλ内での位置を表す回転パルス信号と、被検出極の１磁極対毎に１つの基準信号とを生成して出力する。回転パルス信号としては、図３のようにＡ相信号とＢ相信号とを出力するようにすることが好ましいが、一つとしても良い。Ａ相信号およびＢ相信号は、パルス周期を３６０°として、互いにその９０°位相の異なる信号である。基準信号は、この明細書において、図３のようにＺ相信号と称する場合がある。これらの信号を生成する方法は、後に説明する。なお、各磁気センサ３，４は、上記磁極ピッチ内の位置を表す回転パルス信号と基準信号の他に、センサターゲット１，２の原点位置を示す１回転で１回のインデックス信号を、前記回転パルス信号または基準信号から計算して出力するものとしてもよい。
【００３５】
図４はこの発明の他に実施形態にかかるトルク測定装置を示す。図４（Ａ）において、この例では、第１および第２の軸２１，２２に取付けるセンサターゲット１，２として、アキシアルタイプの磁気エンコーダが用いられる。これら各センサターゲット１，２は、芯金１ｂ，２ｂと円環状の多極磁石１ｃ，２ｃとからなり、各芯金１ｂ，２ｂは、円筒部１ｂａ，２ｂａとその一端から外径側へ延びる円板状のフランジ部１ｂｂ，２ｂｂとからなる断面Ｌ字形とされている。多極磁石１ｃ，２ｃは、各芯金１ｂ，２ｂのフランジ部１ｂｂ，２ｂｂの外周縁に沿って設けられている。多極磁石１ｃ，２ｃの被検出面は軸方向を向く面である。２つのセンサターゲット１，２は、その被検出面を構成する多極磁石１ｃ，２ｃが径方向の外側と内側とに同心状に並ぶように配置される。また、これら多極磁石１ｃ，２ｃは、その被検出面が互いに同じ方向を向き、かつ互いに同一平面に位置している。
【００３６】
両センサターゲット１，２は、上記のように被検出面を同一平面上で互いに同心に配置しているが、両センサターゲット１，２の多極磁石１ｃ，２ｃ間には、磁気干渉防止用の環状のスペーサ２ｄが設けてある。このスペーサ２ｄは、磁性体からなり、一方のセンサターゲット２の芯金２ｂのフランジ部２ｂｂの外周縁に設けられた軸方向に延びる浅い円筒部で構成されている。なお、他方のセンサターゲット１１の芯金１ｂにスペーサ２ｄを設けても良い。
【００３７】
多極磁石１ｃ，２ｃは、図４（Ｂ）に示すように、円周方向ＣにＮ極、Ｓ極を交互に着磁した磁石であり、そのＮ極、Ｓ極の着磁対で前記被検出極１ａ，２ａが構成される。多極磁石１ｃ，２ｃは、半径方向に並ぶ２つの磁気トラック４０1 ，４０2 を有する。各磁気トラック４０1 ，４０2 は、互いに同じ被検出極数で等ピッチの磁気パターンが形成され、それぞれの磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 の位相が互いに円周方向にずれている。このアキシアルタイプの場合の「等ピッチ」とは、円環状の磁気トラック４０1 ，４０2 の中心角度のピッチが等しいことである。図４（Ｂ）は、一つのセンサターゲット１の磁気トラック４０1 ，４０2 を示したが、他の一つのターゲット２についても、センサターゲット１と同様に、磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極２ａ1 ，２ａ2 の位相が互いに円周方向にずれている。なお、２本の磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 、および被検出極２ａ1 ，２ａ2 をそれぞれ併せたものを、センサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａと称している。各センサターゲット１，２の２つの磁気トラック４０1 ，４０2 の間には、図２（Ａ）のように、磁気干渉防止用の磁性体１ｅ，２ｅを介在させることが好ましい。
【００３８】
図４（Ａ）において、２つの磁気センサ３，４は、対応するセンサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａを検出できるように、被検出面に対して軸方向に微小のギャップを介して対向する状態で、固定側部材２６に設置される。この例では、２つの磁気センサ３，４は、上記のように１つのセンサユニット５として構成され、固定側部材２６の内周面に設置される。また、各磁気センサ３，４は、センサターゲット１，２の各磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 、被検出極２ａ1 ，２ａ2 をそれぞれ検出するトラック別センサ部３1 ，３2 、およびトラック別センサ部４1 ，４2 でそれぞれ構成される。
なお、磁気センサ３，４は、図１と共に前述したように、センサ素子部３Ｃ，４Ｃと検出処理回路部３Ｄ，４Ｄ（図４には図示せず）とを含み、センサ素子部３Ｃ，４Ｃは、トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 毎に設けられるが、検出処理回路部３Ｄ，４Ｄは、両トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 につき、一つで構成されていても、個別に２つ設けられていても、また個別部分と共通部分とで構成されていても良い。
【００３９】
各磁気センサ３，４は、それぞれの２つのトラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 の検出信号から、被検出極１ａ，２ａの１磁極対のピッチλ内での各位置を表す回転パルス信号と、被検出極の１磁極対毎に１つの基準信号とを生成して出力する。回転パルス信号としては、図３のようにＡ相信号とＢ相信号とを出力するようにすることが好ましいが、一つとしても良い。Ａ相信号およびＢ相信号は、パルス周期を３６０°として、互いにその９０°位相の異なる信号である。この実施形態におけるその他の構成は、図１，図２と共説明した第１の実施形態の場合と同様である。
【００４０】
上記各実施形態における、図１に示した各磁気センサ３，４の検出処理回路部３Ｄ，４Ｄ等の構成例を説明する。各磁気センサ３，４において、２つのトラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 の検出信号から、図３のように回転パルス信号と基準信号（Ｚ相信号）を生成する検出処理回路部３Ｄ，４Ｄ（図１）の構成例、およびその構成に対応するセンサ素子部３Ｃ，３Ｄの構成例としては、大別して次の３種類が採用できる。
（１）各トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 の磁気センサ素子をそれぞれ１個とし、その出力から回転パルス信号と基準信号を生成する構成。
（２）各トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 のセンサ素子を、後に図６と共に説明するように、９０°位相差の２個とし、その出力から回転パルス信号と基準信号を生成する構成。
（３）各トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 のセンサ素子を、後に図７と共に説明するようにラインセンサとし、その出力から回転パルス信号と基準信号を生成する構成。
【００４１】
上記（１）の構成例を説明する。両センサターゲット１，２および磁気センサ３，４の構成は、互いに同じであるため、片方のセンサターゲット１および磁気センサ３について説明し、もう片方については説明を省略する。
センサターゲット１の２つの磁気トラック４０1 ，４０2 の被検出極１ａ1 ，１ａ2 の位相は、例えば、１磁極対λを１周期として互いに円周方向に９０°の位相差を持つようにする（なお、図３の例の位相差は９０°ではない）。各トラック別センサ部３1 ，３2 は、それぞれホール素子等の一つの磁気センサ素子とし、互いに同じ円周方向位置に設置する。これらトラック別の２つの磁気センサ素子から得られる２相の検出信号は、被検出極１ａ1 ，１ａ2 の位相差のため、９０°の位相差を持つＳＩＮ信号，ＣＯＳ信号（sin φ，cos φ) である。検出処理回路部３Ｄは、これら２つの検出信号（sin φ，cos φ) から、次式、φ＝tan -1（sin φ，cos φ) で磁極内位相φを算出する。この磁極内位相を、例えば９０°毎に出力されるパルスとして出力することで、被検出極１ａの４逓倍の分解能の回転検出が可能になる。
【００４２】
基準信号については、例えばトラック別の２つの磁気センサ素子から得られる２相の検出信号（ＳＩＮ信号，ＣＯＳ信号）の差分を検出し、その差分が閾値を超えた範囲のパルスを生成することで、いずれか１方の被検出極１ａ1 ，１ａ2 の端部毎に出力されるパルス信号が得られる。閾値は適宜設定する。検出処理回路部３Ｄは、このように得られるパルス信号を、上記基準信号として出力する。
【００４３】
上記（２）の９０°位相差の２個センサ素子を用いる例を、図６と共に説明する。この例では、各磁気センサ３，４における２つのトラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 （図２，図３）毎に、１磁極対を３６０°として、９０°位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向を離して配置したホール素子等の２つの磁気センサ素子３Ａ，３Ｂ（４Ａ，４Ｂ）を用いる。これら２つの磁気センサ素子３Ａ，３Ｂ（４Ａ，４Ｂ）により得られる２相の信号（sin φ，cos φ）から磁極内位相（φ＝tan -1（sin φ／cos φ））を算出する。この磁極内位相を例えば９０°毎に出力されるパルスとして検出することで、被検出極数の４逓倍の分解能の回転検出が可能となる。なお、図６の波形図は、センサターゲット１，２の一つの磁気トラックにおける磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。
【００４４】
磁気センサ３，４の各トラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 をこのような構成とすると、被検出極１ａ，２ａ内の位置をより細かく検出でき、より高精度でセンサターゲット１，２の位相を検出することが可能である。この場合、磁気ノイズの影響を低減するため、前記２つの磁気センサ素子３Ａ，３Ｂ（４Ａ，４Ｂ）を差動構成として、より安定した信号を得るように構成しても良い。
【００４５】
基準信号については、例えば、上記のように得たトラック別の２つのパルス信号の差分を検出し、その差分が閾値を超えた範囲のパルスを生成することで、いずれか１方の被検出極１ａ1 ，１ａ2 ，（２ａ1 ，２ａ2 ）の端部毎に出力されるパルス信号が得られる。図１の検出処理回路部３Ｄは、このように得られるパルス信号を、上記基準信号として出力する。
【００４６】
上記（３）のラインセンサを用いる例を図７と共に説明する。この例では、磁気センサ３，４における２つのトラック別センサ部３1 ，３2 ，４1 ，４2 （図２，図３）毎に、対応するセンサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａの並び方向に沿って磁気センサ素子３ａ，４ａが並ぶラインセンサ３ＡＡ，３ＡＢ（４ＡＡ，４ＡＢ）を用いる。なお、図７（Ａ）は、センサターゲット１，２における一つの磁気トラックについての１被検出極１ａ，２ａの区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ３，４の第１のラインセンサ３ＡＡ，４ＡＡは、図７（Ａ）における１８０°の位相区間のうち９０°の位相区間に対応づけて配置し、第２のラインセンサ３ＡＢ，４ＡＢは残りの９０°の位相区間に対応づけて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ３ＡＡ，４ＡＡの検出信号を加算回路３１で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ３ＡＢ，４ＡＢの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２を別の加算回路３３で加算することで、図７（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたＳＩＮ信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ３５を介した信号Ｓ２をさらに別の加算回路３４で加算することで、図７（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたＣＯＳ信号を得る。
【００４７】
図５は、図１に示したトルクの演算を行う信号処理回路６の概略の構成をブロック図で示した図である。磁気センサ３，４は、上記（１）〜（３）のいずれかの構成とすることで、対応するセンサターゲット１，２（図１）における被検出極１ａ，２ａ（図１）の数の数倍〜数十倍の分解能で回転検出が可能な逓倍機能と、１磁極対毎の基準信号の出力機能を有するものとされる。
【００４８】
各磁気センサ３，４の次段に設けられた位相検出回路８Ａ，８Ｂは、各磁気センサ３，４の検出信号である回転パルス信号（ＳＩＮ，ＣＯＳ信号）に基づき、対応するセンサターゲット１，２の磁気位相を検出する。磁気位相とは、１磁極対内の位置を表す位相で、１磁極対を３６０°とする。その次段に設けられた位相差検出手段９は、前記各位相検出回路８Ａ，８Ｂから出力される検出位相信号に基づき、これらの間の位相差を出力する。この位相差から前記第１および第２の軸２１，２２間のねじれ角度を求める。その次段に設けられたトルク算出手段１０は、前記位相差検出手段９で求められた位相差から、予め設定された計算パラメータに従って前記両軸２１，２２間に加わるトルクを算出する処理を行なう。得られたトルク値は、出力回路１１によって電圧値、電流値、ＰＷＭ信号、あるいはＣＡＮバス（コントローラエリアネットワークバス）等の通信インターフェースを通じたデータ形式で外部に出力される。コントローラ１２は、外部との通信等により、前記トルク算出手段１０における計算パラメータを書き換えたり、演算結果を読み出す等の機能を有する。また、これらの機能の他、センサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａの数等、磁気センサ３，４の構成によって変わるパラメータを記憶する機能を有するものとしても良い。
【００４９】
このように、このトルク測定装置は、磁気センサ３，４により、検出された磁気位相に基づき、逓倍パルスを生成して、Ａ相信号とＢ相信号との回転パルス信号を出力する。それにより、磁気エンコーダ等からなるセンサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａのピッチを通常のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）センサ等と同等に保ちながら、第１および第２の軸２１，２２の微小な回転検出が可能になる。そのため、センサギャップ等の取付け公差を従来の場合と同等に保ちながら、自動車用ステアリング装置のような過酷な使用環境の装備に搭載しても高分解能の回転検出が可能となる。これにより、両磁気センサ３，４の検出回転角度の差から２軸２１，２２間に加わる微小なトルクでも測定することが可能となる。例えば、センサターゲット１，２として磁気エンコーダを用い、その被検出極１ａ，２ａにおけるＮ極およびＳ極の磁極幅を２．５mm程度として、２０極対の磁極を形成した３２mm程度の大きさとした場合、互いに±２．１度以下の高い分解能で検出することが可能になる。検出結果に含まれるノイズは、平均化処理により容易に低減できる。
【００５０】
さらに、この構成のトルク測定装置は、磁気センサ３，４から、１組の磁極対ごとに１パルスの基準信号となるＺ相信号を出力する。このため、信号処理回路６は、前記Ａ、Ｂ相信号とＺ相信号とを用いて、１磁極内の絶対位置を検出することができる。例えば、電源ＯＮの直後には位相情報が不明な状態にあるが、最大で１磁極対の回転を与えれば磁気位相が判明する。それにより、第１および第２の軸間のねじれ角度を検出して、両軸間のトルクを演算することが可能である。
【００５１】
このトルク測定装置は、磁気位相を検出する検出信号とは別に、１組の磁極対ごとに１パルスの基準信号を出力する構成でありながら、センサターゲット１，２の各２つの磁気トラック４０1 ，４０2 の磁気パターンに同期して前記基準信号を生成するものとしたため、基準信号出力用のセンサを別途設置する必要がなく、設置スペースやコストを低減できる。
【００５２】
図８は、図１に示した信号処理回路６の他の構成例をブロック図で示したものである。なお、この例は、上記いずれかの構成のトルク測定装置を、例えば後述の図１２に示す自動車のパワーステアリング装置に適用した場合の回路構成を示す。図９は、この場合の各磁気センサ３，４の概略構成をブロック図で示したものである。この場合の各磁気センサ３，４は、対応するセンサターゲット１，２における被検出極１ａ，２ａの数の数倍〜数十倍の分解能で回転検出が可能な逓倍機能を有するものとされる。この機能を満たすために、磁気センサ３，４は、そのセンサ素子部３Ｃ，４Ｃが出力する回転検出信号を逓倍して高分解能な回転パルスを生成する逓倍回路１４を、前記検出処理回路部３Ｄ，４Ｄに有する。つまり、逓倍回路１４は、センサターゲット１，２の被検出極１ａ，２ａ内における逓倍位置情報として回転パルスを出力する。
【００５３】
図１０は、この場合の逓倍回路１４の一構成例を示す。この逓倍回路１４は、信号発生手段４１と、扇形検出手段４２と、マルチプレクサ手段４３と、微細内挿手段４４とを備える。
【００５４】
信号発生手段４１は、前記磁気センサ３，４におけるセンサ素子部３Ｃ，４Ｃの出力である２相の信号すなわちＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号から、同一の振幅Ａ０と同一の平均値Ｃ０とを有し、相継いで互いに２π／（２ｍ−１）ずつ位相がずれた（２ｍ−１）個の信号ｓｉを生成する手段である。なお、ｍはｎ以下の正の整数、ｉは１〜（２ｍ−１）の正の整数である。
【００５５】
扇形発生手段４２は、２ｍ個の等しい扇形Ｐｉを定義するようにコード化された、ｍ個のディジタル信号ｂｎ−ｍ＋１，ｂｎ−ｍ＋２，…，ｂｎ−１，ｂｎを発生する、（２ｍ−１）個の信号ｓｉによって区切られた２ｍ個の扇形Ｐｉを検出する手段である。
【００５６】
マルチプレクサ手段４３は、上記扇形発生手段４２から発生するｍ個の上記ディジタル信号ｂｎ−ｍ＋１，ｂｎ−ｍ＋２，…，ｂｎ−１，ｂｎによって制御され、上記信号発生手段４１から生成される（２ｍ−１）個の上記信号ｓｉを処理して、振幅が一連の（２ｍ−１）個の上記信号ｓｉの上記平均値Ｃ０と第１のしきい値Ｌ１との間にある部分によって構成される一方の信号Ａと、振幅が一連の（２ｍ−１）個の上記信号ｓｉの上記しきい値Ｌ１とこのしきい値Ｌ１よりも高い第２のしきい値Ｌ２との間にある部分によって構成される他方の信号Ｂとを生成するアナログの手段である。
【００５７】
微細内挿手段４４は、所望の分解能を得るために、角度２π／２ｍの２ｍ個の上記扇形Ｐｉの各々を角度２π／２ｎの（２ｎ−ｍ）個の同じサブ扇形に細分するようにコード化された、（ｎ−ｍ）個のディジタル信号ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ−ｍ−１，ｂｎ−ｍを生成するために、２ｍ個の扇形Ｐｉの各々において、上記マルチプレクサ手段４３から生成される上記一方の信号Ａと上記他方の信号Ｂとを微細内挿する手段である。
【００５８】
この逓倍回路１４によって、磁気センサ３，４のセンサ本体部１３で得られた２相の信号（ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号）が、逓倍信号である（ｎ−ｍ）個のディジタル信号ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ−ｍ−１，ｂｎ−ｍ（ここでは、ｂ１，ｂ２，…，ｂ８，ｂ９）の回転パルスに逓倍される。
【００５９】
図８の構成において、回転パルス差分算出回路１５は、前記各磁気センサ３，４の逓倍回路１４が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求める手段である。この回転パルス差分算出手段１５は、一方の磁気センサ３側の逓倍回路１４が生成する回転パルスを計数する第１のカウンタ１６と、他方の磁気センサ４側の逓倍回路１４が生成する回転パルスを計数する第２のカウンタ１７と、これら両カウンタ１６，１７の計数値の差分を算出する角度差分算出手段１８とを備える。
【００６０】
トルク算出手段１０Ａは、前記回転パルス差分算出手段１５によって求められた差分から、予め設定された計算パラメータにしたがって前記両軸２１，２２間に加わるトルクを算出する処理を行う手段である。得られたトルク値は、先の実施形態の場合と同様に、出力回路１１によって電圧値、電流値、ＰＷＭ信号、あるいはＣＡＮバス等の通信インターフェースを通じたデータ形式で外部に出力される。
【００６１】
このように、この実施形態では、各磁気センサ３，４から出力される回転パルスから演算してトルクを求めるので、信号位相差を検出する先の実施形態の場合には不可能であった、両軸２１，２２のうち片方の軸が静止している状態でのトルク測定も可能である。
【００６２】
この実施形態において、２つの磁気センサ３，４は互いに異なる分解能であっても良い。この場合、２つのカウンタ１６，１７は異なる速度で変化することになるので、各計数値の差分を求める前に、両者の公倍数になるように各計数値に定数を掛け算し、速度変化を同じになるようにしてやれば良い。
【００６３】
ところで、回転パルスを計数し、センサターゲット１，２の回転角度をカウント値として保持するこの実施形態の場合、機械的なガタツキによって定常オフセットが発生したり、ノイズによる誤カウントによって両カウンタ１６，１７の計数値がずれたりして、トルク算出手段１０Ａでのトルク演算に誤差を生じることがある。そこで、この実施形態でのコントローラ１２Ａには、図５の信号処理回路６におけるコントローラ１２の場合に挙げた計算パラメータの書き換えや演算結果の読み出し等の機能の他に、オフセットキャンセル手段１９と、計数値リセット手段２０とを持たせてある。オフセットキャンセル手段１９は、前記回転パルス差分算出手段１５により求められた回転パルスの差分をモニタしながら、別途自動車の制御部から送られて来る運転状態を示す所定のデータに応じたファイル処理を行うことにより定常オフセット分を抽出して、前記トルク算出手段１０Ａにより演算されるトルクに含まれる定常オフセット分を除去する手段である。計数値リセット手段２０は、前記回転パルス差分算出手段１５におけるカウンタ１６，１７が計数する計数値を、トルクの印加されていない運転状態においてリセットする手段である。上記の自動車の制御部から送られて来る「運転状態」とは、ハンドルの操舵方向，操舵角度の信号や、車両の停止，走行の区別の情報等である。
【００６４】
このように、コントローラ１２Ａにおけるオフセットキャンセル手段１９が、回転パルス差分算出手段１５により求められた回転パルスの差分をモニタしながら、運転状態に応じたフィルタ処理を行って定常オフセット分を抽出し、トルク算出手段１０Ａでの演算処理においてオフセットを除去するので、機械的なガタツキ等によって発生するオフセットの影響を低減して、正確なトルク測定を行うことができる。
【００６５】
また、コントローラ１２Ａにおける計数値キャンセル手段２０が、トルクの印加されていない運転状態のタイミングで、定期的にカウンタ１６，１７をリセットするので、カウンタ１６，１７に積算されたノイズの影響等による誤カウンタ値を除去して、正確なトルクを測定することができる。磁気センサ３，４から出力される回転パルスが、ＡＢＺ0 信号のように、１回転で１回のインデックス信号Ｚ0 を備えている場合には、ノイズ等による誤カウント値はインデックス信号Ｚ0 の入力毎にリセットされるため、前記計数値キャンセル手段２０からリセット指令を出さなくても良い。
【００６６】
これらの処理により、第１および第２の軸２１，２２間の微小なねじれ角を高分解能で検出できるため、両軸２１，２２間に加わるトルクを正確に測定することができる。また、この実施形態において、各磁気センサ３，４内のセンサ本体部１３からは互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２相の信号が出力されるので、これら２相の信号から回転方向を判別することができる。この位相差に応じて、磁気センサ３，４の逓倍回路１４が、回転パルスとして互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号を生成するものとしても良い。これにより、正負のどちらの方向のトルクも検出することが可能となる。
【００６７】
このように、上記したトルク測定装置を、例えば自動車等のステアリング装置に搭載した場合、ハンドルに連結された入力軸と、舵取機構に連結された出力軸との間に加わるトルクを正確に測定できるため、パワーステアリングやステアバイワイヤ等でのステアリング制御をより硬度に行うことが可能となり、運転し易さ、安全の向上等に貢献することができる。
【００６８】
図１２は、この発明の一実施形態にかかるパワーステアリング装置の一例を示す概念図である。ハンドル５１で回転操作される入力軸である第１の軸２１と、舵取機構５２の駆動モータ５３で回転力が与えられる出力軸である第２の軸２２との間に、トルク測定装置５０が設けられている。舵取機構５２は、車輪５５の方向を変える機構である。トルク測定装置５０は、上記各実施形態におけるいずれかの構成のものである。信号処理回路６は、上記いずれの構成のものであっても良いが、例えば図８に示す構成のものである。制御回路５４は、トルク測定装置５０の信号処理回路６から出力されたトルク値に応じて、トルク値とモータ出力との設定関係に基づき、モータ５３にその駆動を制御するモータ制御信号を出力する装置である。なお、信号処理回路６は、第１の軸２１または第２の軸２２の回転角度であるハンドル角を出力する機能を有するものとし、前記制御回路５４は、信号処理回路６の出力するトルク値とハンドル角との両方から、設定関係に基づいてモータ制御信号を出力するものとしても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１，２…センサターゲット
１ａ，２ａ…被検出極
１ａ1 ，１ａ2 ，２ａ1 ，２ａ2 …被検出極
２ｄ…磁気干渉防止用スペーサ
３，４…磁気センサ
３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，３ａ，４ａ…磁気センサ素子
３ＡＡ，３ＡＢ，４ＡＡ，４ＡＢ…ラインセンサ
３Ｃ，３Ｄ…センサ素子部
３Ｄ，４Ｄ…検出処理回路部
３1 ，３2 ，４1 ，４2 …トラック別センサ部
１４…逓倍回路
１５…回転パルス差分算出手段
１６，１７…カウンタ
１８…角度差算出手段
１９…オフセットキャンセル手段
２０…計数値リセット手段
２１…第１の軸
２２…第２の軸
２３…トーションバー
４０1 ，４０2 …磁気トラック
【図１】
2012173258.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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