(57)【要約】【課題】ロータへの電流供給とトルクセンサの出力取り出しとを兼ねるスリップリングを備えたモータ装置。【解決手段】プーリ１４、配線１５、および、スリップリング１６の設けられたシャフト、シャフトに固定されたロータコイル１２ａ、ロータコイル１２ａの周囲に設けられたステータコイル、および、スリップリングと電気的に接続されるブラシ１７を有するモータと、シャフトに設けられてシャフトに生じた歪を電気信号に変換するトルクセンサ３０と、シャフトに設けられて配線と電気的に接続され、トルクセンサの電気信号をロータコイルに流れる電流よりも周波数の高い高周波信号に変調する高周波変調回路４０と、ブラシに流れる電流の中から高周波信号のみを出力するハイパスフィルタ５１と、ハイパスフィルタから出力された高周波信号をトルクセンサの電気信号に復元する復元部５２，５３と、を有する。【選択図】図２
2017009292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の流動によって磁界を発生するロータコイル（１２ａ）、前記ロータコイルの固定されたシャフト（１１）、電流の流動によって磁界を発生し、前記ロータコイルに前記シャフトを回転させるトルクを発生するステータコイル（１３ａ）、前記シャフトに設けられたプーリ（１４）、前記シャフトに設けられたスリップリング（１６）、前記シャフトに設けられ、前記ステータコイルと前記スリップリングとを電気的に接続する配線（１５）、および、前記スリップリングと電気的に接続されるブラシ（１７）を有するモータ（１０）と、
前記シャフト若しくは前記プーリに設けられ、前記トルクの発生によって前記シャフト若しくは前記プーリに生じた歪を電気信号に変換するトルクセンサ（３０）と、
前記シャフトに設けられて前記配線と電気的に接続され、前記トルクセンサの電気信号を前記ロータコイルに流れる電流よりも周波数の高い高周波信号に変調する高周波変調回路（４０）と、
前記ブラシと電気的に接続され、前記ブラシに流れる電流の中から前記高周波信号のみを出力するハイパスフィルタ（５１）と、
前記ハイパスフィルタから出力された前記高周波信号を前記トルクセンサの電気信号に復元する復元部（５２，５３）と、を有するモータ装置。
【請求項２】
前記ブラシと電気的に接続され、前記ロータコイルへの通電を制御するためのスイッチ素子（２２ａ）と、
前記スイッチ素子をパルス幅制御するための駆動信号を前記スイッチ素子に出力する制御回路（２３）と、を有する請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記スイッチ素子と前記ブラシとの間に設けられ、前記スイッチ素子が駆動状態となった際に前記高周波信号が前記スイッチ素子へと流れ込むことを抑制するコイル（２２ｂ）を有する請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記配線を流れる電流に基づいて、前記スイッチ素子が駆動状態から非駆動状態へと切り換わったタイミングに１つのパルスを前記高周波変調回路に出力するタイミング検出回路（４７，４８）と、
前記配線を流れる電流を検出する電流検出部（６０）と、を有し、
前記高周波変調回路は、前記タイミング検出回路から前記パルスが入力されると前記高周波信号を前記配線に出力し、
前記制御回路は、前記駆動信号のパルス幅が所定の閾値よりも高い場合、前記電流検出部によって検出された前記配線を流れる電流に基づいて前記トルクを検出し、前記駆動信号のパルス幅が前記閾値以下の場合、前記復元部から出力される前記トルクセンサの電気信号に基づいて前記トルクを検出する請求項２に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、および、モータのシャフトに生じたトルクを検出するトルクセンサを有するモータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、ステータとロータを有する回転機が知られている。このロータは、シャフト、および、シャフトに設けられた界磁巻線を有する。界磁巻線はシャフトのスリップリングに接続され、スリップリングはブラシと接続されている。
【０００３】
特許文献２には、回転するペダルクランクに作用する圧力を検出することで、ペダルクランクの回転トルクを検出するクランクトルクセンサ（トルクセンサ）が記載されている。トルクセンサの電気出力は、スリップリングを介して制御回路に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０４６３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように特許文献１のロータは界磁巻線を有し、これがスリップリングを介してブラシと接続されている。また特許文献２のトルクセンサはペダルクランクに設けられている。そしてトルクセンサはペダルクランクの回転トルクを検出し、それをスリップリングを介して制御回路に出力する。
【０００６】
以上により、特許文献１に記載のシャフトに特許文献２に記載のトルクセンサを設けることで、シャフトに生じるトルクを検出する構成を考えることもできる。しかしながらこの場合、界磁巻線へ電流供給するためのスリップリングとは別に、トルクセンサの出力を取り出すためのスリップリングをシャフトに別途用意しなくてはならなくなる。これによって部品点数が増加する虞がある。また、新たなスリップリングの追加のためにシャフトの軸長を延長しなければならなくなる虞がある。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、ロータへの電流供給とトルクセンサの出力取り出しとを兼ねるスリップリングを備えたモータ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】
【０００８】
上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、電流の流動によって磁界を発生するロータコイル（１２ａ）、ロータコイルの固定されたシャフト（１１）、電流の流動によって磁界を発生し、ロータコイルにシャフトを回転させるトルクを発生するステータコイル（１３ａ）、シャフトに設けられたプーリ（１４）、シャフトに設けられたスリップリング（１６）、シャフトに設けられ、ステータコイルとスリップリングとを電気的に接続する配線（１５）、および、スリップリングと電気的に接続されるブラシ（１７）を有するモータ（１０）と、
シャフト若しくはプーリに設けられ、トルクの発生によってシャフト若しくはプーリに生じた歪を電気信号に変換するトルクセンサ（３０）と、
シャフトに設けられて配線と電気的に接続され、トルクセンサの電気信号をロータコイルに流れる電流よりも周波数の高い高周波信号に変調する高周波変調回路（４０）と、
ブラシと電気的に接続され、ブラシに流れる電流の中から高周波信号のみを出力するハイパスフィルタ（５１）と、
ハイパスフィルタから出力された高周波信号をトルクセンサの電気信号に復元する復元部（５２，５３）と、を有する。
【０００９】
このように本発明によれば、トルクセンサ（３０）から出力される電気信号をロータコイル（１２ａ）に流れる電流よりも周波数の高い高周波信号に変調する。そしてブラシ（１７）からその高周波信号のみをハイパスフィルタ（５１）によって取り出す。これによりロータコイル（１２ａ）への電流供給とトルクセンサ（３０）の電気信号とを１つのスリップリング（１６）によって兼ねることができる。この結果、ロータコイル（１２ａ）への電流供給用のスリップリングと、トルクセンサ（３０）の電気信号を取り出すためのスリップリングとをシャフト（１１）に別途用意しなくとも良くなり、部品点数の増加が抑制される。また、新たなスリップリング追加のためにシャフト（１１）の軸長を延長しなくとも良くなる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係るモータ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係るモータ装置の回路構成を示す回路図である。
【図３】図２に示すモータ装置を流れる信号の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図４】第２実施形態に係るモータ装置の回路構成を示す回路図である。
【図５】図４に示すモータ装置を流れる信号の時間変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図３に基づいて本実施形態に係るモータ装置を説明する。モータ装置１００は、車両のエンジンを始動させる機能、車両走行をアシストする機能、および、車両のエンジン出力によって発電する機能を兼ね備えたＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。
【００１３】
図１および図２に示すようにモータ装置１００は、モータ１０、制御装置２０、トルクセンサ３０、高周波変調回路４０、および、復元回路５０を有する。モータ１０は図示しないベルトを介して車両のクランクシャフトと連結されている。モータ１０が制御装置２０によって回転すると、その回転がクランクシャフトに伝わり、これによってクランクシャフトが回転する。これとは逆に、クランクシャフトが回転すると、その回転がモータ１０に伝わり、これによってモータ１０が回転する。制御装置２０によってモータ１０が自律回転することでエンジンの始動、若しくは、車両走行のアシストが成される。またクランクシャフトの回転に応じてモータ１０が回転することで発電が成される。
【００１４】
図１に示すようにモータ１０のシャフト１１の先端にプーリ１４が連結されている。このプーリ１４に上記のベルトが連結される。したがってモータ１０が回転すると、それに伴ってプーリ１４の連結されたシャフト１１の先端に歪みが生じる。上記のトルクセンサ３０はシャフト１１の先端に設けられており、このシャフト１１に生じた歪みを電気信号に変換する。トルクセンサ３０から出力された信号（トルク信号）が高周波変調回路４０によって高周波変調され、それが復元回路５０によってトルク信号に復元される。このようにトルク信号を高周波変調し、それを復元するのは、後述するようにロータコイル１２ａへ電流供給するためのスリップリング１６を用いて、トルク信号を取り出すためである。以下、モータ装置１００の構成要素を個別に説明する。
【００１５】
モータ１０は、シャフト１１、ロータ１２、ステータ１３、プーリ１４、配線１５、スリップリング１６、および、ブラシ１７を有する。上記したようにシャフト１１の先端にプーリ１４が連結されているが、その反対側の端部にはスリップリング１６が設けられている。シャフト１１に２本の配線１５が設けられ、この２本の配線１５それぞれが対応する２つのスリップリング１６と電気的に接続されている。プーリ１４の設けられたシャフト１１の先端にトルクセンサ３０と高周波変調回路４０が設けられ、その中央にロータ１２が設けられている。ロータ１２、トルクセンサ３０、および、高周波変調回路４０それぞれは配線１５と電気的に接続されている。そして配線１５と電気的に接続されたスリップリング１６はブラシ１７と接触し、ブラシ１７は制御装置２０および復元回路５０と電気的に接続されている。
【００１６】
以上により、プーリ１４とともにシャフト１１の先端に設けられたトルクセンサ３０と高周波変調回路４０は、配線１５、スリップリング１６、および、ブラシ１７を介して復元回路５０と電気的に接続されている。またシャフト１１の中央に設けられたロータ１２は、配線１５、スリップリング１６、および、ブラシ１７を介して制御装置２０と電気的に接続されている。
【００１７】
ロータ１２は、ロータコイル１２ａ、および、ロータコイル１２ａをシャフト１１に固定する固定部１２ｂを有する。固定部１２ｂは円筒形状を成し、その中空にシャフト１１が挿入固定されている。ロータコイル１２ａは固定部１２ｂの内部に設けられ、配線１５と電気的に接続されている。制御装置２０からの電流供給によってロータコイル１２ａに電流が流れると、ロータコイル１２ａから磁界が発生する。
【００１８】
図２に示すように、ロータコイル１２ａの一端に２本の配線１５の内の一方が接続され、その他端に残り１本の配線１５が接続されている。１本の配線１５は後述のスイッチ素子２２ａとコイル２２ｂを介して電源に接続され、残りの１本の配線１５はグランドに接続されている。スイッチ素子２２ａが駆動状態になるとロータコイル１２ａに電流が流れ、スイッチ素子２２ａが非駆動状態になるとロータコイル１２ａへの電流供給が止まる。
【００１９】
ステータ１３は、ステータコイル１３ａと、ステータコイル１３ａが巻き回されるステータコア１３ｂと、を有する。ステータコア１３ｂは円筒形状を成し、その中空にシャフト１１とともにロータ１２が同軸状に設けられている。図示しないが、ステータコア１３ｂの内壁には複数の突極が形成されており、複数の突極それぞれに三相のステータコイル１３ａが巻き回されている。三相のステータコイル１３ａは制御装置２０と電気的に接続されており、制御装置２０から位相が１２０°ずれた三相交流が供給される。これによってステータコイル１３ａからロータ１２を回転させるための三相回転磁界が発生する。
【００２０】
ロータコイル１２ａとステータコイル１３ａそれぞれを電流が流動すると、それによって両者から磁界が発生する。これによってロータコイル１２ａに回転トルクが発生し、シャフト１１が回転し始める。シャフト１１とともにプーリ１４も回転し、その回転がベルトを介してクランクシャフトに伝達される。この結果クランクシャフトも回転する。またこれとは逆に、エンジンが燃焼駆動してクランクシャフトが自律回転すると、その回転がベルトを介してプーリ１４に伝達される。それによってプーリ１４とともにシャフト１１が回転し、ロータコイル１２ａも回転する。するとロータコイル１２ａの発する磁界がステータコイル１３ａを透過し、それによってステータコイル１３ａに電流が流れる。この電流が制御装置２０によって車両のバッテリに供給される。
【００２１】
制御装置２０は、インバータ２１、接続回路２２、および、電子制御装置２３を有する。図１に示すように、電子制御装置２３と復元回路５０とはプリント基板９０に搭載され、インバータ２１と接続回路２２とは配線９１を介してプリント基板９０と電気的に接続されている。
【００２２】
インバータ２１は、図示しないが三相のステータコイル１３ａそれぞれに対応するスイッチ素子を有する。電子制御装置２３によってインバータ２１のスイッチ素子の駆動が制御され、これによって位相の１２０°ずれた三相交流がステータコイル１３ａに供給される。ステータコイル１３ａへ供給される三相交流の通電量は、スイッチ素子をパルス幅制御することで制御される。これによってステータコイル１３ａから出力される三相回転磁界の磁界強度が制御され、ロータコイル１２ａに発生する回転トルクの強さが制御される。
【００２３】
接続回路２２は、図２に示すようにロータコイル１２ａに対応するスイッチ素子２２ａ、コイル２２ｂ、および、ダイオード２２ｃを有する。２本の配線１５に対応して２本のスリップリング１６が接続され、これらに対応して２本のブラシ１７が接続されている。この２本のブラシ１７の一方にコイル２２ｂとスイッチ素子２２ａを介して電源が接続されている。そして２本のブラシ１７の他方はグランドに接続されている。またダイオード２２ｃのカソード電極がコイル２２ｂとスイッチ素子２２ａを介して電源と接続される２本の配線１５の内の一方に接続され、そのアノード電極が残りのグランドに接続される２本の配線１５の内の他方に接続されている。
【００２４】
スイッチ素子２２ａは電子制御装置２３によってパルス幅制御される。電子制御装置２３が特許請求の範囲に記載の制御回路としての役割を果たす。電子制御装置２３から図２に示す駆動信号が入力されることでスイッチ素子２２ａの駆動状態が制御される。
【００２５】
スイッチ素子２２ａがオン状態になると、コイル２２ｂを介して電源と配線１５とが電気的に接続される。これによってロータコイル１２ａに電流が流れ、ロータコイル１２ａから磁界が発生される。これとは反対にスイッチ素子２２ａがオフ状態になると、電源と配線１５との電気的な接続が切れ、ロータコイル１２ａへの電流供給が止まる。これによってロータコイル１２ａから出力される磁界の磁界強度が制御され、ロータコイル１２ａに発生する回転トルクの強さが制御される。
【００２６】
なお、上記したようにスイッチ素子２２ａがオン状態からオフ状態に切り換わると、ロータコイル１２ａへの電流供給が止まるが、ロータコイル１２ａは電流を流し続けようとする。上記したように２本のブラシ１７にはダイオード２２ｃが接続されている。そして図２に示すように、ロータコイル１２ａ、２本の配線１５、２本のブラシ１７、および、ダイオード２２ｃによって閉ループが構成されている。したがってスイッチ素子２２ａがオン状態からオフ状態に切り換わると、ロータコイル１２ａを流れる電流が上記の閉ループを還流する。
【００２７】
後述するように配線１５には高周波変調されたトルク信号が流れる。したがってスイッチ素子２２ａがオン状態になると、この高周波変調されたトルク信号がスイッチ素子２２ａを介して電源側へと流入する虞がある。これに対してコイル２２ｂがブラシ１７とスイッチ素子２２ａとの間に設けられている。したがって高周波変調されたトルク信号のスイッチ素子２２ａへの流入が、このコイル２２ｂによって抑制される。
【００２８】
トルクセンサ３０は、図示しないが、回転トルクによって生じたシャフト１１の歪みを電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子の出力を増幅する増幅回路と、を有する。この増幅回路によるセンサ出力の増幅によって、後述のＡＤ変換が可能となる。
【００２９】
高周波変調回路４０は、図２に示すように、ＡＤ変換回路４１、シリアル変換回路４２、搬送波生成回路４３、ＡＮＤゲート４４、増幅回路４５、および、ハイパスフィルタ４６を有する。トルクセンサ３０はＡＤ変換回路４１を介してシリアル変換回路４２と電気的に接続され、シリアル変換回路４２と搬送波生成回路４３それぞれはＡＮＤゲート４４に接続されている。そしてＡＮＤゲート４４は増幅回路４５を介してハイパスフィルタ４６に接続されている。ハイパスフィルタ４６は２本の配線１５それぞれに設けられている。
【００３０】
図３に示すように、ＡＤ変換回路４１はトルクセンサ３０の出力信号（トルク信号）をＡＤ変換する。そしてシリアル変換回路４２はＡＤ変換されたトルク信号をシリアル変換する。また搬送波生成回路４３は高周波の搬送波を生成する。このシリアル変換されたトルク信号（シリアル信号）と搬送波とがＡＮＤゲート４４に入力される。ＡＮＤゲート４４は２つの入力信号の電圧レベルがＨｉレベルの時にＨｉレベルを出力し、それ以外の時にＬｏレベルを出力する。したがって上記のようにシリアル信号と搬送波とがＡＮＤゲート４４に入力されことで、高周波変調されたシリアル信号（高周波信号）が、ＡＮＤゲート４４から出力される。
【００３１】
上記したように電子制御装置２３はスイッチ素子２２ａをパルス幅制御することで、ロータコイル１２ａに流れる電流を制御する。したがって配線１５には、ある周波数をもった、ロータコイル１２ａから出力される磁界を制御するための信号（以下、単に制御信号）が入力される。この制御信号は、上記の高周波信号よりも周波数が低くなっている。
【００３２】
ハイパスフィルタ４６は遮断周波数よりも高い周波数の信号を通過させる。遮断周波数は高周波信号よりも低く設定されている。したがって高周波信号はハイパスフィルタ４６を介して配線１５へと出力される。また遮断周波数は、制御信号の周波数よりも高く設定されている。したがって制御信号がハイパスフィルタ４６を介してＡＮＤゲート４４へと入力されることが抑制される。ハイパスフィルタ４６は、抵抗、コンデンサ、および、トランスなどによって構成され、遮断周波数はこれら受動素子の特性を選択することで、適宜調整することができる。
【００３３】
復元回路５０は、ハイパスフィルタ５１、バンドパスフィルタ５２、および、デコーダ５３を有する。２本のブラシ１７それぞれにハイパスフィルタ５１が設けられ、これら２つのハイパスフィルタ５１それぞれがバンドパスフィルタ５２に接続されている。そしてバンドパスフィルタ５２にデコーダ５３が接続されている。バンドパスフィルタ５２とデコーダ５３が特許請求の範囲に記載の復元部に相当する。
【００３４】
図３に示すように配線１５およびブラシ１７には高周波信号と制御信号の重複した重複信号が流れる。これに対してハイパスフィルタ５１は上記のハイパスフィルタ４６と同一構成であり、高周波信号を通過させるが、制御信号を遮断する遮断周波数を備えている。したがってハイパスフィルタ５１には上記の重複信号が入力されるが、ハイパスフィルタ５１からは図３に示すように高周波信号が出力されることとなる。
【００３５】
バンドパスフィルタ５２はある特定帯域の周波数を有する信号を通過させるものである。この周波数帯域はシリアル変換されたトルク信号（シリアル信号）の周波数を含むが、搬送波の周波数を含まない。図３に示すように高周波信号はシリアル信号と搬送波が重ね合わさった信号である。したがってバンドパスフィルタ５２に高周波信号が入力されるが、バンドパスフィルタ５２からは図３に示すようにシリアル信号が出力されることとなる。なおバンドパスフィルタ５２はシリアル信号を波形整形する機能も有する。この波形整形されたシリアル信号が、デコーダ５３に入力される。
【００３６】
デコーダ５３は、入力されたシリアル信号をデジタルのトルク信号に復元する。この復元されたデジタルのトルク信号（復元データ）が、電子制御装置２３に入力される。電子制御装置２３は復元データが入力されると、その復元データに基づいてシャフト１１に発生している回転トルクを算出する。
【００３７】
次に、本実施形態に係るモータ装置１００の作用効果を説明する。上記したように高周波変調回路４０は、トルクセンサ３０から出力されたアナログのトルク信号を、制御信号よりも周波数の高い高周波信号に変調する。そしてブラシ１７からその高周波信号のみをハイパスフィルタ５１によって取り出す。これによりロータコイル１２ａへの電流供給とトルク信号とを１つのスリップリング１６によって兼ねることができる。この結果、ロータコイル１２ａへの電流供給用のスリップリングと、トルク信号を取り出すためのスリップリングとをシャフト１１に別途用意しなくとも良くなり、部品点数の増加が抑制される。また、新たなスリップリング追加のためにシャフト１１の軸長を延長しなくとも良くなる。
【００３８】
スイッチ素子２２ａとブラシ１７との間に、高周波信号がスイッチ素子２２ａへと流れ込むことを抑制するコイル２２ｂが設けられている。これによればスイッチ素子２２ａを介して電源側へと高周波信号が流出することが抑制される。そのため、高周波信号の流出によって回転トルクの検出精度が低下することが抑制される。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４および図５に基づいて説明する。第２実施形態に係るモータ装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。
【００４０】
第１実施形態では、回転トルクをトルク信号のみによって検出する例を示した。これに対して本実施形態では、回転トルクをトルク信号と配線１５に流れる電流（界磁電流）とに基づいて検出する点を特徴とする。
【００４１】
図４に示すように高周波変調回路４０は、コンパレータ４７とエッジ検出回路４８を有する。コンパレータ４７とエッジ検出回路４８が特許請求の範囲に記載のタイミング検出回路に相当する。コンパレータ４７は２つの入力端子を有し、その一方が配線１５に接続されている。配線１５には上記したように高周波信号と制御信号の重複した重複信号が流れている。図５に示すように制御信号の方が高周波信号よりも電圧レベルが高い。コンパレータ４７の２つの入力端子の他方には基準電圧が入力されるが、この基準電圧は高周波信号よりも電圧レベルが高く設定されている。したがってコンパレータ４７に高周波信号のみが入力される場合、コンパレータ４７の出力は一定で変化がない。本実施形態の場合、コンパレータ４７からはＬｏレベルの信号が出力され続ける。
【００４２】
しかしながらコンパレータ４７には高周波信号だけではなく制御信号も入力される。スイッチ素子２２ａがオン状態になると制御信号は基準電圧よりも電圧レベルが高まる。それとは逆に、スイッチ素子２２ａがオフ状態になると制御信号は基準電圧よりも電圧レベルが低まる。したがってコンパレータ４７には重複信号が入力されるが、その出力信号の電圧レベルは、制御信号の電圧レベルに同期してＨｉレベルからＬｏレベル、若しくは、ＬｏレベルからＨｉレベルへと切り換わる。換言すれば、コンパレータ４７の出力信号の電圧レベルは、スイッチ素子２２ａのゲート電極に入力される駆動信号に同期してＨｉレベルからＬｏレベル、若しくは、ＬｏレベルからＨｉレベルへと切り換わる。このコンパレータ４７の出力信号は、図５に示す制御信号と同等である。
【００４３】
エッジ検出回路４８はコンパレータ４７の出力信号（図５に示す制御信号）に含まれるパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを検出する。そしてエッジ検出回路４８はパルスの立ち上がりエッジを検出すると単パルスを生成し、それをシリアル変換回路４２に出力する。またエッジ検出回路４８はパルスの立ち下がりエッジを検出すると単パルスを生成し、それをＡＮＤゲート４４に出力する。図５には、上記の単パルスを含む２つの信号の内、ＡＮＤゲート４４に出力される信号（エッジ信号）のみを図示している。
【００４４】
シリアル変換回路４２は、エッジ検出回路４８からパルスが入力されると、シリアル変換を行う。換言すれば、図５に示すようにシリアル変換回路４２は、制御信号に含まれるパルスが立ち上がるとシリアル変換を行う。
【００４５】
またＡＮＤゲート４４は、エッジ検出回路４８からエッジ信号が入力されると、シリアル変換されたトルク信号と搬送波の論理和を取り、高周波変調されたトルク信号を出力する。換言すれば、図５に示すようにＡＮＤゲート４４は、制御信号に含まれるパルスが立ち下がるとシリアル変換されたトルク信号を高周波変調し、それを出力する。
【００４６】
なお厳密に言えば、コンパレータ４７から出力される電気信号（図５に示す制御信号）に含まれる１つのパルスの立ち上がりから立ち下がりまで、そのパルス幅分だけ時間の空きが生じる。したがって上記のように制御信号のパルスの立ち上がりエッジにおいてシリアル変換したトルク信号をＡＮＤゲート４４において高周波変調するまでには、上記のパルス幅分の時間の空きが生じる。そこで、シリアル変換回路４２とＡＮＤゲート４４との間にはシリアル変換されたトルク信号を一時的に保持する保持回路（図示略）が設けられている。この保持回路は上記のエッジ信号のパルスが入力されると保持している信号をＡＮＤゲート４４に出力する。これにより制御信号に含まれるパルスが立ち下がったタイミングにおいて、シリアル変換されたトルク信号が高周波変調され、それがハイパスフィルタ４６に出力される。
【００４７】
本実施形態に係るモータ装置１００は、電流検出回路６０を有する。電流検出回路６０が特許請求の範囲に記載の電流検出部に相当する。電流検出回路６０は、シャント抵抗６１、差動増幅回路６２、および、ＡＤ変換回路６３を有する。シャント抵抗６１は２つのブラシ１７の内、グランド側のブラシ１７にその一端が接続され、その他端がグランドに接続されている。そして差動増幅回路６２の入力端子がシャント抵抗６１の両端に接続され、その出力端子がＡＤ変換回路６３に接続されている。ＡＤ変換回路６３の出力端子は電子制御装置２３に接続されている。
【００４８】
スイッチ素子２２ａがオン状態になると、ロータコイル１２ａに電流が流れる。これによってシャント抵抗６１にもロータコイル１２ａを流れる電流（界磁電流）が流れ、差動増幅回路６２に入力されるシャント抵抗６１の両端電圧に差が生じる。差動増幅回路６２によってシャント抵抗６１の両端電圧が増幅され、それがＡＤ変換回路６３に入力される。ＡＤ変換回路６３から界磁電流に依存するデジタル信号が出力され、それが電子制御装置２３に入力される。
【００４９】
なお図４に示すように本実施形態の接続回路２２は、コイル２２ｂを有さない。したがってスイッチ素子２２ａがオン状態の場合に配線１５に高周波信号が出力されると、高周波信号がスイッチ素子２２ａを介して電源側へと流失する虞がある。
【００５０】
しかしながら上記したように高周波信号は、制御信号のパルスの立ち下がり時に出力される。換言すれば、高周波信号はスイッチ素子２２ａがオフ状態の時に出力される。したがって上記のようにスイッチ素子２２ａを介して電源側へと高周波信号が流失することが抑制される。
【００５１】
次に、電子制御装置２３におけるトルクの検出を説明する。電子制御装置２３にはモータ１０の目標回転数が入力される。電子制御装置２３はモータ１０（シャフト１１）の回転数が目標回転数に一致するように、スイッチ素子２２ａ、および、上記したインバータ２１のスイッチ素子２２ａそれぞれのゲート電極に入力する信号のパルス幅を制御している。詳しく言えば、電子制御装置２３はシャフト１１の回転数が目標回転数よりも低い場合、シャフト１１の回転数を増大するべくパルス幅を広げる。すなわち電子制御装置２３は駆動信号のデューティ比を増大する。その逆にシャフト１１の回転数が目標回転数よりも高い場合、電子制御装置２３はシャフト１１の回転数を減少するべくパルス幅を狭める。すなわち電子制御装置２３は駆動信号のデューティ比を減少する。
【００５２】
電子制御装置２３はスイッチ素子２２ａに出力する駆動信号のパルス幅と所定の閾値とを絶えず比較している。電子制御装置２３は駆動信号のパルス幅が閾値よりも高い場合、すなわちシャフト１１が高速回転している場合、電流検出回路６０から出力される信号に基づいて回転トルクを推定する。これは図５において時間ｔ１〜ｔ２の区間に相当する。これとは逆に駆動信号のパルス幅が閾値以下の場合、すなわちシャフト１１が低速回転している場合、電子制御装置２３は復元回路５０から出力される復元データに基づいて回転トルクを算出する。
【００５３】
なお図５では、時間ｔ１〜ｔ２の間において高周波信号とシリアル信号とが復元回路５０にて出力されないように図示しているが、実際にはこれらの信号は出力される。図５においてその記載を省略したのは、上記したようにこれらの信号は回転トルクの算出に用いず、不要な情報だからである。もちろん、上記のように駆動信号のパルス幅が閾値よりも高い場合、復元回路５０は高周波信号とシリアル信号の出力を止めるように設定されていてもよい。復元回路５０の駆動は、電子制御装置２３によって制御されてもよい。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５５】
本実施形態のモータ装置１００がＩＳＧである例を示した。しかしながらモータ装置１００の用途としては上記例に限定されず、例えばスタータモータなどの車載に搭載されるモータに適用することができる。より広く言えば、モータ装置１００はスリップリングの増加を抑制しつつ、高精度に回転トルクを検出するという課題を有する民生のモータに適用することができる。
【００５６】
本実施形態ではシャフト１１にトルクセンサ３０が設けられる例を示した。しかしながらこれとは異なり、プーリ１４にトルクセンサ３０が設けられた構成を採用することもできる。
【００５７】
なお、プーリ１４やシャフト１１に生じる歪みはトルクによる変化を表すもので、機械的な歪みに限定されず、たとえば磁気的な歪みもある。機械的な歪みを検出する構成は例えば特開２００４−１４２６３４号公報に記載がある。機械的な歪みは圧力センサや変位センサによって検出される。磁気的な歪みを検出する構成は例えば特許第４８６４１６６号公報に記載がある。磁気的な歪みはホール素子によって検出される。トルクセンサ３０としては、機械的な歪みを電気信号に変換するセンサ、磁気的な歪みを電気信号に変化するセンサ、いずれも採用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０…モータ、１１…シャフト、１２ａ…ロータコイル、１３ａ…ステータコイル、１４…プーリ、１５…配線、１６…スリップリング、１７…ブラシ、３０…トルクセンサ、４０…高周波変調回路、５１…ハイパスフィルタ、５２…バンドパスフィルタ、５３…デコーダ、１００…モータ装置
【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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