特許 7324997 トルク検出器、モータユニット及び電動自転車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】トルク検出器、モータユニット及び電動自転車

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20230804BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 301L

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019139627

(22)【出願日】2019-07-30

(65)【公開番号】P2021021684

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】井戸 滋

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０５７７４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２７３１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１３３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１７６３５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１７０３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１２６８３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／１０

Ｇ０１Ｒ １７／００－１７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、
第１端子と第２端子との間で互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、前記第１端子と前記第２端子との間で互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、
２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路の前記第１端子に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、
前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、
前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、
前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部とを備え、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定する
トルク検出器。

【請求項2】

対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、
互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、
２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、
前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、
前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、
前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部と、
前記キャパシタに直流バイアス電圧を供給するバイアス回路とを備え、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定する
トルク検出器。

【請求項3】

対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、
互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、
２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、
前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、
前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、
前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部とを備え、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定し、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフの切り替えを開始した時点から第１期間におけるデッドタイムを、前記第１期間より後の第２期間におけるデッドタイムよりも長く設定する
トルク検出器。

【請求項4】

対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、
互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、
２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、
前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、
前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、
前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部とを備え、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定し、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフの切り替えを終了した時点以前の第３期間におけるデッドタイムを、前記第３期間より前の第４期間におけるデッドタイムよりも長く設定する
トルク検出器。

【請求項5】

対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、
互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、
２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、
前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、
前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、
前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部とを備え、
前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定し、
前記駆動部は、デッドタイムを周期的に変化させる
トルク検出器。

【請求項6】

前記駆動部は、前記トルクを検出する検出期間と、前記検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された中断期間とを繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させる
請求項５に記載のトルク検出器。

【請求項7】

前記駆動部は、前記トルクを検出する検出期間と、前記検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第１中断期間と、前記２つのスイッチング素子の両方のオンオフの切り替えを停止する停止期間と、前記検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第２中断期間とを、この順で繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させる
請求項５に記載のトルク検出器。

【請求項8】

前記信号処理部は、前記電源回路と前記ブリッジ回路との接続点の電位に基づいて、前記トルク検出器の異常を検知する
請求項１～７のいずれか１項に記載のトルク検出器。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載のトルク検出器を備える
モータユニット。

【請求項10】

請求項９に記載のモータユニットを備える電動自転車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルク検出器、モータユニット及び電動自転車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、負荷トルク又は入力トルクを検出するトルク検出結果による検出結果に基づいて産業機械又は民生機器などの機器を動作させることが行われている。例えば、特許文献１には、一対のコイルと一対の抵抗とからなるブリッジ回路の差分に基づいてトルクを検出する磁歪式のトルク検出器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－１３９３９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来のトルク検出器では、起動時に一対のコイルに流れる電流のバランスが崩れ、検出精度が低下するという問題がある。

【0005】

そこで、本発明は、高い精度でトルクを検出することができるトルク検出器、並びに、当該トルク検出器を備えるモータユニット及び電動自転車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】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るトルク検出器は、対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器であって、互いに直列に接続された第１コイル及び第１抵抗と、互いに直列に接続された第２コイル及び第２抵抗との並列回路を含むブリッジ回路と、２つのスイッチング素子を含み、前記ブリッジ回路に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路と、前記ブリッジ回路に接続され、第２電圧を保持するキャパシタと、前記２つのスイッチング素子のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、前記電源回路に前記第１電圧を生成させる駆動部と、前記第１コイルと前記第１抵抗との接続点、及び、前記第２コイルと前記第２抵抗との接続点間の電位差に基づいて前記トルクを検出する信号処理部とを備え、前記駆動部は、前記２つのスイッチング素子のオンオフを切り替える時に、前記２つのスイッチング素子の両方がオフになるデッドタイムを設定する。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るモータユニットは、前記トルク検出器を備える。

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電動自転車は、前記モータユニットを備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、高い精度でトルクを検出することができるトルク検出器などを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１に係るトルク検出器の回路図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係るトルク検出器が適用された自転車のクランク軸の近傍を示す断面図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係るトルク検出器が適用された自転車のトルク伝達手段の外形を示す平面図である。

【図4】図４は、実施の形態１に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図5】図５は、実施の形態２に係るトルク検出器の回路図である。

【図6】図６は、比較例に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図7】図７は、実施の形態２に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図8】図８は、実施の形態３に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図9】図９は、実施の形態４に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図10】図１０は、実施の形態５に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図11】図１１は、実施の形態５の変形例に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【図12】図１２は、実施の形態６に係るトルク検出器の回路図である。

【図13】図１３は、実施の形態７に係る電動自転車の側面図である。

【図14】図１４は、実施の形態７に係る電動自転車が備えるモータユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下では、本発明の実施の形態に係るトルク検出器、モータユニット及び電動自転車について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0012】

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0013】

また、本明細書において、等しいなどの要素間の関係性を示す用語、及び、要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

【0014】

（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係るトルク検出器について説明する。

【0015】

［構成］
図１は、本実施の形態に係るトルク検出器１の回路図である。本実施の形態に係るトルク検出器１は、例えば自転車のクランク軸に入力されるトルクを検出する。

【0016】

図２は、本実施の形態に係るトルク検出器１が適用された自転車のクランク軸５１の近傍を示す断面図である。クランク軸５１の両端にはクランク（図示せず）が固定され、当該クランクの先端にはペダルが回動可能に固定されている。自転車に乗った人物がペダルを踏むことによる人力駆動力によって、クランク及びクランク軸５１が連動して回転する。

【0017】

図２に示されるように、クランク軸５１には、第１スプライン部５２を介してトルク伝達手段５６が接続されている。クランク軸５１に入力されるトルクは、第１スプライン部５２を介してトルク伝達手段５６に伝達される。トルク伝達手段５６に伝達されたトルクは、さらに、第２スプライン部５３、ラチェット部５４及びスプロケット５５に順に伝達される。スプロケット５５には、後輪又は前輪に接続されたチェーン（図示せず）が巻き付けられている。スプロケット５５に伝達されたトルクによってスプロケット５５が回転する。これにより、チェーンを介して後輪又は前輪が回転し、自転車が前進する。

【0018】

本実施の形態に係るトルク検出器１は、トルク伝達手段５６に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器である。つまり、トルク伝達手段５６が、トルク検出器１による検出の対象物である。トルク伝達手段５６は、外周表面に磁歪効果部を有する円柱又は円筒状のトルク伝達手段の一例である。

【0019】

なお、トルク検出器１による対象物は、トルク伝達手段５６に限定されるものではなく、自動車などの他の移動体、計測機器若しくは生産設備などの産業機械、又は、家電製品などの民生機器などの一部であってもよい。

【0020】

図１に示されるように、トルク検出器１は、ブリッジ回路１０と、電源回路２０と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）３０と、差動増幅器４０と、キャパシタＣとを備える。

【0021】

ブリッジ回路１０は、互いに直列に接続された第１コイルＬ１及び第１抵抗Ｒ１と、互いに直列に接続された第２コイルＬ２及び第２抵抗Ｒ２との並列回路を含んでいる。また、ブリッジ回路１０は、第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３及び第４端子１４を含んでいる。

【0022】

第１端子１１は、電源回路２０の出力端子２１に接続されている。第２端子１２は、キャパシタＣの一端に接続されている。第３端子１３は、第１コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との接続点である。第４端子１４は、第２コイルＬ２と第２抵抗Ｒ２との接続点である。第３端子１３及び第４端子１４はそれぞれ、差動増幅器４０の入力端子に接続されている。

【0023】

第１コイルＬ１は、第１端子１１と第３端子１３との間に接続されている。第２コイルＬ２は、第１端子１１と第４端子１４との間に接続されている。つまり、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は、互いの一端が接続されて、電源回路２０の出力端子２１に電気的に接続されている。

【0024】

第１抵抗Ｒ１は、第３端子１３と第２端子１２との間に接続されている。第２抵抗Ｒ２は、第４端子１４と第２端子１２との間に接続されている。つまり、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、互いの一端が接続されて、キャパシタＣの一端に接続されている。

【0025】

第１コイルＬ１のインダクタンス値と第２コイルＬ２のインダクタンス値とは、例えば同じである。また、第１抵抗Ｒ１の抵抗値と第２抵抗Ｒ２の抵抗値とは、例えば同じである。

【0026】

第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２はそれぞれ、クランク軸５１に接続されたトルク伝達手段５６の互いに異なる部位を囲むように設けられている。以下では、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の配置について、図３を用いて説明する。

【0027】

図３は、本実施の形態に係るトルク検出器１が適用された自転車のトルク伝達手段５６の外形を示す平面図である。図３では、自転車の前進方向の人力駆動力がトルク伝達手段５６に矢印６０で示される方向に印加された場合に、第２スプライン部５３には、その反力が矢印６１で示される方向に発生する。このため、トルク伝達手段５６には、均一なねじり歪みが発生する。

【0028】

図３に示されるように、トルク伝達手段５６の外周表面には、４５°の傾斜角を有するスリット列部５７と、－４５°の傾斜角を有するスリット列部５８とが設けられている。なお、スリット列部５７及び５８の各々の傾斜角は、図中の左右方向（クランク軸５１の軸方向）を基準線とした場合における、スリットの長尺方向が基準線に対してなす角度である。基準線に対して右斜め上向きを正としている。

【0029】

スリット列部５７及び５８は、トルク伝達手段５６の磁歪効果部に設けられている。具体的には、スリット列部５７及び５８はそれぞれ、トルク伝達手段５６の軸方向の互いに異なる部位において、周方向の全周に亘って設けられている。スリット列部５７及び５８が設けられることにより、トルク伝達手段５６に生じるねじり歪みが圧縮歪み（スリット列部５７側）と引張歪み（スリット列部５８側）とに分離される。

【0030】

本実施の形態では、スリット列部５７及び５８の各々に対向して外包するように、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２が配置されている。具体的には、第１コイルＬ１は、スリット列部５７に対向して配置され、スリット列部５７を外包している。スリット列部５７は、圧縮歪み側のスリット列部であるので、第１コイルＬ１の自己インダクタンスは、透磁率の減少によって減少する。第２コイルＬ２は、スリット列部５８に対向して配置され、スリット列部５８を外包している。スリット列部５８は、引張歪み側のスリット列部であるので、第２コイルＬ２の自己インダクタンスは、透磁率の増加によって増加する。

【0031】

第１コイルＬ１の自己インダクタンスが減少した場合、第１コイルＬ１を流れる電流量が減少するので、第３端子１３の電位が低下する。第２コイルＬ２の自己インダクタンスが増加した場合、第２コイルＬ２を流れる電流量が増加するので、第４端子１４の電位が増加する。このように、トルク伝達手段５６にトルクが発生した場合には、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の各々を流れる電流量が変化し、第３端子１３及び第４端子１４の各々の電位が変化する。したがって、第３端子１３及び第４端子１４間の電位差を検出することにより、トルクを検出することができる。

【0032】

第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２には、図１に示されるように、電源回路２０から出力されるセンサ駆動電流Ｉが供給される。センサ駆動電流Ｉは、第１端子１１で第１コイル電流Ｉ１と第２コイル電流Ｉ２とに分岐される。第１コイル電流Ｉ１は、第１コイルＬ１及び第１抵抗Ｒ１を流れ、第２コイル電流Ｉ２は、第２コイルＬ２及び第２抵抗Ｒ２を流れる。第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２は、第２端子１２で合流し、キャパシタＣを介してグランドに流れる。

【0033】

なお、センサ駆動電流Ｉ、第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２は、電源回路２０に対する回生電流として逆向きに流れる場合がある。本実施の形態では、電源回路２０からキャパシタＣに向かう電流の電流値を正の値とし、キャパシタＣから電源回路２０に向かう電流の電流値を負の値とする。

【0034】

電源回路２０は、ブリッジ回路１０に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路である。電源回路２０は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に対して、トルク伝達手段５６の磁歪効果部を励磁する電流を出力する。

【0035】

図１に示されるように、電源回路２０は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を含んでいる。２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２は、互いに直列に接続されて、電源電圧Ｖｃｃとグランドとの間に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との接続点が電源回路２０の出力端子２１であり、ブリッジ回路１０に接続されている。出力端子２１の電位を電圧値とする第１電圧がブリッジ回路１０に供給される。

【0036】

本実施の形態では、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２はそれぞれ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１は、エンハンスメント型のＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＥＴ）である。スイッチング素子ＳＷ２は、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２はそれぞれ、各々の制御端子（ゲート）に供給される制御信号によって導通（オン）及び非導通（オフ）が切り替えられる。２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々のオンオフに応じて、出力端子２１の電位が時間的に変動する。つまり、電源回路２０は、電圧値が時間的に変動する第１電圧を生成してブリッジ回路１０に供給することができる。第１電圧の最大値は、例えば電源電圧Ｖｃｃの最大値である。

【0037】

なお、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２はそれぞれ、導通及び非導通を切り替えることができる素子であればよい。２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がエンハンスメント型のＰチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、あるいは、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の少なくとも一方は、デプレッション型のＭＯＳＦＥＴであってもよい。２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の少なくとも一方は、バイポーラトランジスタであってもよい。バイポーラトランジスタには、電力回生用のダイオードが並列に接続されていてもよい。

【0038】

キャパシタＣは、ブリッジ回路１０に接続されている。具体的には、キャパシタＣは、電源回路２０の出力端子２１とグランドとの間で、ブリッジ回路１０に対して直列に接続されている。より具体的には、キャパシタＣは、ブリッジ回路１０の第２端子１２とグランドとに接続されている。キャパシタＣは、電源回路２０の出力端子２１からグランドに向かってブリッジ回路１０の第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を流れるコイル電流の直流成分を遮断する直流カットキャパシタである。

【0039】

キャパシタＣは、第２電圧を保持する。第２電圧は、電源電圧Ｖｃｃの電圧値の１／２の値である。キャパシタＣは、例えば電解コンデンサ又はセラミックコンデンサなどであるが、特に限定されない。

【0040】

なお、キャパシタＣは、電源回路２０とブリッジ回路１０との間に設けられていてもよい。具体的には、キャパシタＣの一端は、電源回路２０の出力端子２１に接続され、他端がブリッジ回路１０の第１端子１１に接続されてもよい。この場合、ブリッジ回路１０の第２端子１２は、直接グランドに接続されていてもよい。

【0041】

また、トルク検出器１は、複数のキャパシタＣを備えてもよい。複数のキャパシタＣの全てがブリッジ回路１０とグランドとの間に接続されてもよく、あるいは、電源回路２０とブリッジ回路１０との間に接続されてもよい。また、１つ以上のキャパシタＣがブリッジ回路１０とグランドとの間に接続され、別の１つ以上のキャパシタＣが電源回路２０とブリッジ回路１０との間に接続されていてもよい。

【0042】

ＭＣＵ３０は、トルク検出器１の動作を制御する。ＭＣＵ３０は、具体的には、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを含んでいる。

【0043】

ＭＣＵ３０は、図１に示されるように、駆動部３１と、信号処理部３２とを含んでいる。なお、駆動部３１及び信号処理部３２が実行する機能は、例えばプロセッサがプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されるが、専用のハードウェアで実現されてもよい。

【0044】

駆動部３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、電源回路２０に第１電圧を生成させる。具体的には、駆動部３１は、スイッチング素子ＳＷ１のゲートと、スイッチング素子ＳＷ２のゲートとの各々に供給する制御信号の信号レベルを時間変化させることで、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフを制御する。駆動部３１の具体的な動作については、図４を用いて後で説明する。

【0045】

信号処理部３２は、第３端子１３及び第４端子１４の電位差に基づいてトルクを検出する。本実施の形態では、信号処理部３２は、第３端子１３及び第４端子１４の電位差が入力として与えられる差動増幅器４０の出力信号に基づいてトルクを検出する。例えば、ＭＣＵ３０のメモリには、差動増幅器４０の出力信号の信号レベルとトルクの大きさとを対応付けたテーブル又は関数が記憶されている。信号処理部３２は、差動増幅器４０の出力信号の信号レベルに基づいてテーブルを参照し、又は、関数を用いて演算することにより、トルクの大きさを算出する。信号処理部３２は、算出したトルクの大きさを示す信号を外部機器（例えば、電動自転車のモータユニットなど）に出力する。

【0046】

差動増幅器４０は、第３端子１３及び第４端子１４間の電位差（電圧）を増幅して出力する。差動増幅器４０は、例えばオペアンプである。オペアンプの反転入力端子（－）が第３端子１３に接続され、非反転入力端子（＋）が第４端子１４に接続されている。オペアンプの出力端子は、ＭＣＵ３０に接続されている。

【0047】

差動増幅器４０が設けられていることで、第３端子１３及び第４端子１４の電位差を増幅することができるので、信号処理部３２によるトルクの検出精度を高めることができる。なお、トルク検出器１は、差動増幅器４０を備えていなくてもよい。第３端子１３及び第４端子１４は、直接ＭＣＵ３０に接続されていてもよい。

【0048】

［動作］
続いて、本実施の形態に係るトルク検出器１の動作について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係るトルク検出器１の特徴量の時間変化を示すグラフである。図４では、電源電圧Ｖｃｃの電圧値が３．３Ｖの場合を表している。なお、電源電圧Ｖｃｃの電圧値は、これに限定されず、例えば５Ｖであってもよく、他の値であってもよい。

【0049】

図４の（ａ）は、キャパシタＣに蓄積される第２電圧（キャパシタ電圧）の時間変化を示している。図４の（ａ）に示されるように、第２電圧は、僅かに時間変化しているが、おおよそ同じ電圧値になるように保たれている。具体的には、キャパシタＣに蓄積される第２電圧の電圧値は、電源回路２０がブリッジ回路１０に供給する第１電圧の半分の電圧値である。具体的には、第２電圧の電圧値は、電源電圧Ｖｃｃ（３．３Ｖ）の半分の電圧値であり、約１．６５Ｖで維持されている。

【0050】

図４の（ｂ）は、第１コイルＬ１（又は第２コイルＬ２）を流れる第１コイル電流Ｉ１（又は第２コイル電流Ｉ２）の時間変化を示している。第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２は、トルク伝達手段５６にトルクが入力されていない場合、同じ値になる。

【0051】

第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２はいずれも、スイッチング素子ＳＷ２がオンからオフに変化したタイミングで最小値になり、当該最小値から増加し始める。さらに、第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２はいずれも、スイッチング素子ＳＷ１がオフからオンになり、再びオフになるタイミングで最大値になり、当該最大値から減少し始める。第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２はいずれも、スイッチング素子ＳＷ２がオフからオンになり、再びオフになるタイミングで最小値になり、当該最小値から減少し始める。なお、第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２の最小値は負の値であり、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２には逆向きに（キャパシタＣから電源回路２０に向かって）流れる電流の最大値に相当する。

【0052】

図４の（ｃ）は、電源回路２０から供給されるセンサ駆動電流Ｉの時間変化を示している。センサ駆動電流Ｉは、第１コイル電流Ｉ１と第２コイル電流Ｉ２との和に相当している。また、センサ駆動電流Ｉは、図４の（ｄ）に示されるスイッチング素子ＳＷ１を流れるスイッチ電流と、スイッチング素子ＳＷ２を流れるスイッチ電流との和に相当している。

【0053】

図４の（ｄ）は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々を流れるスイッチ電流の時間変化を示している。本実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１がオンしている期間（第１オン期間）中に回生期間が含まれる。具体的には、図４の（ｄ）に示されるように、回生期間では、スイッチング素子ＳＷ１に対して逆向きの回生電流が流れる。なお、スイッチング素子ＳＷ２においても同様である。

【0054】

回生期間は、スイッチ電流が負の最大値から０ｍＡになるまでの期間である。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１の回生期間は、スイッチング素子ＳＷ２がオフされた時点（すなわち、デッドタイムの開始時点）から始まる。

【0055】

本実施の形態では、駆動部３１は、スイッチング素子ＳＷ１を回生期間中にオンするゼロボルトスイッチングを行う。スイッチング素子ＳＷ１に回生電流が流れている回生期間では回路損失が低くなるので、回生期間中にスイッチングを行うことで、省電力化を実現することができる。ゼロボルトスイッチングを行うことで、電源回路２０での発熱が抑制されるので、より高速にスイッチングを行うことができる。すなわち、電源回路２０の高周波動作を実現することができる。

【0056】

図４の（ｅ）は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々のゲート電圧の時間変化を示している。スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々のゲート電圧は、駆動部３１によって制御される。

【0057】

図４の（ｅ）に示されるように、駆動部３１は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方が同時に導通（オン）しないように制御する。つまり、スイッチング素子ＳＷ１がオンである場合、スイッチング素子ＳＷ２はオフである。スイッチング素子ＳＷ２がオンである場合、スイッチング素子ＳＷ１はオフである。スイッチング素子ＳＷ１がオンである期間（第１オン期間）とスイッチング素子ＳＷ２がオンである期間（第２オン期間）とは、例えば、互いに同じ長さの期間である。第１オン期間と第２オン期間とは重複していない。駆動部３１は、第１オン期間と第２オン期間とを繰り返すように、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を制御する。

【0058】

また、駆動部３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフを切り替える時に、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がオフになるデッドタイムを設定する。具体的には、図４の（ｅ）に示されるように、第１オン期間と第２オン期間との間にデッドタイムを設定する。駆動部３１は、第１オン期間から第２オン期間に移行する場合、及び、第２オン期間から第１オン期間に移行する場合の両方にデッドタイムを設定する。オンオフの切り替えにおける複数のデッドタイムの長さは、例えば互いに同じ長さの期間である。

【0059】

本実施の形態では、１回のスイッチング期間は、スイッチング素子ＳＷ１がオンされる第１オン期間と、第１オン期間後のデッドタイムと、スイッチング素子ＳＷ２がオンされる第２オン期間と、第２オン期間後のデッドタイムとの和である。すなわち、１回のスイッチング期間には、２つのオン期間と２つのデッドタイムとが含まれる。駆動部３１は、スイッチング期間を連続的に繰り返すことで、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々のオンオフを繰り返す。

【0060】

デッドタイムは、例えば第１オン期間及び第２オン期間のいずれよりも短い期間である。例えば、デッドタイムは、例えば第１オン期間（又は第２オン期間）より短い期間であるが、１／４以下の期間であってもよく、１／１０以下の期間であってもよい。あるいは、デッドタイムは、第１オン期間以上の期間であってもよく、第１オン期間と第２オン期間との和よりも短い期間であってもよい。一例として、デッドタイムは、スイッチング期間の１．５％である。

【0061】

デッドタイムが設けられていない場合、例えば、スイッチング素子ＳＷ１がオフされると同時にスイッチング素子ＳＷ２がオンされる。スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフのタイミングが僅かにずれただけで、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がオンされる恐れがある。スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がオンされた場合、電源電圧とグランドとが短絡されるので、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方を貫通して電源電圧Ｖｃｃからグランドに流れるアーム短絡電流が発生する。

【0062】

これに対して、本実施の形態に係るトルク検出器１では、デッドタイムが設けられているので、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がオフになった後に、いずれか一方をオンする。したがって、アーム短絡電流の発生を抑制することができる。これにより、電力損失を低減することができるので、トルク検出器１の省電力化及び小型化を実現することができる。

【0063】

図４の（ｆ）は、電源回路２０の出力端子２１の電位の時間変化を示している。第１オン期間では、スイッチング素子ＳＷ１がオンされて、スイッチング素子ＳＷ２がオフされているので、出力端子２１は、電源電圧Ｖｃｃと電気的に接続されている。このため、第１オン期間では、出力端子２１の電位は、電源電圧Ｖｃｃの電圧値（３．３Ｖ）に略等しくなる。

【0064】

第２オン期間では、スイッチング素子ＳＷ２がオンされて、スイッチング素子ＳＷ１がオフされているので、出力端子２１は、グランドと電気的に接続されている。このため、第２オン期間では、出力端子２１の電位は、グランド電位（０Ｖ）に略等しくなる。

【0065】

なお、デッドタイムでは、出力端子２１が回生電流の影響を受けて、電源電圧Ｖｃｃの電圧値（３．３Ｖ）より大きい値、又は、グランド（０Ｖ）よりも小さい値をとりうる。

【0066】

上述したように、トルク伝達手段５６にトルクが入力された場合には、図４の（ｂ）に示される第１コイル電流Ｉ１及び第２コイル電流Ｉ２が変化する。これにより、第３端子１３の電位、及び、第４端子１４の電位が変化するので、第３端子１３と第４端子１４との電位差が変化する。ＭＣＵ３０の信号処理部３２は、第３端子１３と第４端子１４との電位差に基づいてトルクを検出することができる。

【0067】

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器１は、対象物に生じるトルクを検出する磁歪式のトルク検出器である。トルク検出器１は、互いに直列に接続された第１コイルＬ１及び第１抵抗Ｒ１と、互いに直列に接続された第２コイルＬ２及び第２抵抗Ｒ２との並列回路を含むブリッジ回路１０と、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を含み、ブリッジ回路１０に第１電圧を供給するハーフブリッジ型の電源回路２０と、ブリッジ回路１０に接続され、第２電圧を保持するキャパシタＣと、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフを交互に繰り返し切り替えることで、電源回路２０に第１電圧を生成させる駆動部３１と、第１コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との接続点、及び、第２コイルＬ２と第２抵抗Ｒ２との接続点間の電位差に基づいてトルクを検出する信号処理部３２とを備える。駆動部３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフを切り替える時に、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方がオフになるデッドタイムを設定する。

【0068】

これにより、ハーフブリッジ型の電源回路２０及びキャパシタＣを備えることにより、第１コイルＬ１を流れる第１コイル電流Ｉ１と、第２コイルＬ２を流れる第２コイル電流Ｉ２とを等しくすることができる。このため、センサの偏磁を抑制することができるので、トルクの検出精度を高めることができる。

【0069】

また、デッドタイムを設けることで、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を貫通するアーム短絡電流の発生を抑制することができるので、電力損失を低減することができる。これにより、トルク検出器１の省電力化及び小型化を実現することができる。

【0070】

また、キャパシタＣには、電源電圧Ｖｃｃの半分の値を保持させることができるので、電源回路２０とキャパシタＣとで共通の電源電圧Ｖｃｃを利用することができる。つまり、トルク検出器１の電源電圧を１つのみにすることができるので、小型化及び低コスト化を実現することができる。

【0071】

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。

【0072】

実施の形態２では、キャパシタＣに接続されたバイアス回路をトルク検出器がさらに備える。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0073】

［構成］
図５は、本実施の形態に係るトルク検出器１０１の回路図である。図５に示されるように、トルク検出器１０１は、図１に示されるトルク検出器１と比較して、新たにバイアス回路１７０を備える点が相違する。また、トルク検出器１０１のＭＣＵ３０は、駆動部３１の代わりに駆動部１３１を備える。

【0074】

バイアス回路１７０は、キャパシタＣに直流バイアス電圧を供給する。バイアス回路１７０は、電源電圧Ｖｃｃの電圧値を抵抗分圧する抵抗分圧回路を含んでいる。

【0075】

具体的には、図５に示されるように、バイアス回路１７０は、互いに直列接続された第３抵抗Ｒ３及び第４抵抗Ｒ４を含んでいる。第３抵抗Ｒ３の一端は、電源電圧Ｖｃｃに接続されている。第３抵抗Ｒ３の他端は、ブリッジ回路１０の第２端子１２と第４抵抗Ｒ４の一端とに接続されている。第４抵抗Ｒ４は、キャパシタＣに並列に接続されている。具体的には、第４抵抗Ｒ４の一端は、ブリッジ回路１０の第２端子１２と第３抵抗Ｒ３とに接続されている。第４抵抗Ｒ４の他端は、グランドに接続されている。

【0076】

電源電圧Ｖｃｃの電圧値をＶ_ｃｃ、第３抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ_３、第４抵抗Ｒ４の抵抗値をＲ_４とした場合、キャパシタＣの両端には、Ｖ_ｃｃ×Ｒ_４／（Ｒ_３＋Ｒ_４）の電圧が直流バイアス電圧として印加される。本実施の形態では、Ｒ_３＝Ｒ_４である。これにより、電源電圧Ｖｃｃの電圧値の半分がキャパシタＣに貯められる。

【0077】

ＭＣＵ３０の駆動部１３１は、実施の形態１に係る駆動部３１と同様の動作を行う。本実施の形態では、駆動部１３１は、電源回路２０の駆動、すなわち、スイッチングの開始を所定期間遅らせる。駆動部１３１は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方をオフに保った状態で、所定期間待機する。

【0078】

所定期間は、キャパシタＣに直流バイアス電圧が貯められるのに要する期間である。時定数τは、Ｃ×（Ｒ_４∥Ｒ_３）で表される。キャパシタＣの容量値Ｃ＝３．３μＦ、Ｒ_３＝Ｒ_４＝２ｋΩである場合、τ＝３．３ｍｓになる。例えば、駆動部１３１は、所定期間として約５τ（約１５ｍｓ）の期間を待機する。これにより、待機後のスイッチングの開始時点では、キャパシタＣの容量値を電源電圧Ｖｃｃの半分の大きさで安定させることができる。

【0079】

［効果など］
図６は、比較例に係るトルク検出器の特徴量の時間変化を示すグラフである。図６では、待機期間を設けることなく、電源の投入と同時に電源回路２０のスイッチングを開始した場合の特徴量の時間変化を示している。図６の（ａ）は、第１コイルＬ１を流れる第１コイル電流Ｉ１、又は、第２コイルＬ２を流れる第２コイル電流Ｉ２の時間変化を示している。図６の（ｂ）は、キャパシタＣの両端間の電圧（すなわち、キャパシタ電圧）の時間変化を示している。

【0080】

図６の（ｂ）に示されるように、キャパシタＣには電源の投入時点で電荷が蓄積されておらず、キャパシタＣの電圧値は０Ｖである。電源の投入、すなわち、電源電圧Ｖｃｃを発生させた後、キャパシタＣの電圧値は急激に上昇し、電源電圧Ｖｃｃの電圧値の半分の値で略一定になっている。

【0081】

このように、キャパシタＣの電圧値が大きく変化するので、第１コイル電流Ｉ１（又は第２コイル電流Ｉ２）は、スイッチングの開始時点で正負の一方に偏る。図６の（ａ）に示される例では、コイル電流は、最初に正側に偏った後、キャパシタＣの電圧値が安定するのに合わせて正負に偏らずに安定している。図６の（ａ）では、偏りの最大量をΔＩｘで表している。コイル電流の偏りは、偏磁の原因となる。

【0082】

図７は、本実施の形態に係るトルク検出器１０１の特徴量の時間変化を示すグラフである。図７では、電源を投入した後の待機期間（例えば２０ｍｓ）を設けた後に電源回路２０のスイッチングを開始した場合の特徴量の時間変化を示している。図７の（ａ）は、第１コイルＬ１を流れる第１コイル電流Ｉ１、又は、第２コイルＬ２を流れる第２コイル電流Ｉ２の時間変化を示している。図７の（ｂ）は、キャパシタＣの両端間の電圧（すなわち、キャパシタ電圧）の時間変化を示している。

【0083】

図７の（ｂ）に示されるように、待機期間によってキャパシタＣには、電源電圧Ｖｃｃの電圧値の半分の値が保持されている。すなわち、スイッチングの開始時点では、キャパシタＣの両端間の電圧が安定している。

【0084】

この場合、図７の（ａ）に示されるように、第１コイル電流Ｉ１（又は第２コイル電流Ｉ２）は、スイッチングの開始時点で僅かに正負の一方に偏るものの、その偏りの最大量ΔＩは、図６の（ａ）に示されるΔＩｘよりも小さくなっている。また、偏りが起きている期間も短く、速やかにコイル電流が安定している。このため、起動時のセンサの偏磁を抑制することができる。

【0085】

以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器１０１は、キャパシタＣに直流バイアス電圧を供給するバイアス回路１７０を備える。

【0086】

これにより、図６及び図７に示されるように、起動時の偏磁を抑制することができ、トルクの検出精度を高めることができる。

【0087】

（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。

【0088】

実施の形態３では、デッドタイムの長さを可変にする。具体的には、実施の形態３では、トルク検出器におけるスイッチングの開始時にデッドタイムを長く設定する。なお、スイッチングの開始時にデッドタイムを長く設定することをソフトスタート機能という。

【0089】

本実施の形態では、トルク検出器の構成は、実施の形態１又は２と同じであるので、以下では、図５に示される実施の形態２に係るトルク検出器１０１の構成を用いて説明する。なお、実施の形態１又は２との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0090】

図８は、本実施の形態に係るトルク検出器１０１の特徴量の時間変化を示すグラフである。

【0091】

図８の（ａ）は、キャパシタＣの両端間の電圧（すなわち、キャパシタ電圧）の時間変化を示している。ここでは、実施の形態２と同様に、バイアス回路１７０によってキャパシタＣに蓄電してからスイッチングを開始する例を示している。電源投入からの待機期間は、例えば２０ｍｓである。

【0092】

図８の（ｂ）は、第１コイルＬ１を流れる第１コイル電流Ｉ１、又は、第２コイルＬ２を流れる第２コイル電流Ｉ２の時間変化を示している。本実施の形態では、コイル電流の正負の一方への偏りが実質的になくなっている。

【0093】

図８の（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の各々の駆動電圧（ゲート電圧）の時間変化を示している。本実施の形態では、駆動部１３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフの切り替え（すなわち、スイッチング）を開始した時点から第１期間におけるデッドタイムを、当該第１期間より後の第２期間におけるデッドタイムよりも長く設定している。

【0094】

第１期間は、図８の（ｃ）及び（ｄ）に示されている期間であり、スイッチングの開始時点（１．０ｍｓ）以降の期間である。例えば、第１期間は、数ｍｓ以上数十ｍｓ以下の期間であるが、これに限定されない。

【0095】

第２期間は、図８に示されている第１期間より後の期間であり、通常動作時の期間である。具体的には、第２期間は、キャパシタ電圧が安定しているときの期間である。

【0096】

例えば、駆動部１３１は、第１期間におけるデッドタイムを第２期間におけるデッドタイムの２倍以上に設定する。なお、駆動部１３１は、第１期間におけるデッドタイムを第２期間におけるデッドタイムの４倍以上に設定してもよく、１０倍以上に設定してもよい。図８に示される例では、駆動部１３１は、第１期間におけるデッドタイムを、スイッチング期間（＝第１オン期間＋デッドタイム＋第２オン期間＋デッドタイム）の２５％に設定している。駆動部１３１は、第２期間におけるデッドタイムをスイッチング期間の１．５％に設定している。

【0097】

第１期間に含まれる複数のデッドタイムは、例えば、互いに同じ長さである。すなわち、駆動部１３１は、第１期間におけるデッドタイムを均一な長さで維持する。あるいは、駆動部１３１は、第１期間におけるデッドタイムを大きい値から小さい値まで漸減させてもよい。第１期間におけるデッドタイムの最小値は、第２期間におけるデッドタイムよりも長い期間である。

【0098】

以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器１０１では、駆動部１３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフの切り替えを開始した時点から第１期間におけるデッドタイムを、当該第１期間より後の第２期間におけるデッドタイムよりも長く設定する。

【0099】

これにより、スイッチングの開始時にデッドタイムを長く設定することにより、コイル電流の偏りをより強く抑制することができる。したがって、スイッチングの開始時のセンサの偏磁を抑制することができる。

【0100】

（実施の形態４）
続いて、実施の形態４について説明する。

【0101】

実施の形態４では、実施の形態３と同様に、デッドタイムの長さを可変にする。具体的には、実施の形態４では、トルク検出器におけるスイッチングの終了時にデッドタイムを長く設定する。なお、スイッチングの終了時にデッドタイムを長く設定することをソフトオフ機能という。

【0102】

本実施の形態では、トルク検出器の構成は、実施の形態１又は２と同じであるので、以下では、図５に示される実施の形態２に係るトルク検出器１０１の構成を用いて説明する。なお、実施の形態１～３との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0103】

図９は、本実施の形態に係るトルク検出器１０１の特徴量の時間変化を示すグラフである。図９において、横軸は時間を表している。縦軸はそれぞれ、スイッチング素子ＳＷ１のゲート電圧、スイッチング素子ＳＷ２のゲート電圧、及び、コイル電流を表している。なお、コイル電流は、第１コイル電流Ｉ１又は第２コイル電流Ｉ２である。

【0104】

本実施の形態では、駆動部１３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフの切り替え（すなわち、スイッチング）を終了した時点以前の第３期間におけるデッドタイムを、当該第３期間より前の第４期間におけるデッドタイムよりも長く設定する。第３期間は、図９におけるスイッチングの停止の開始時刻以降の期間である。第３期間の終了時点が、スイッチングの終了時点である。第４期間は、スイッチングの停止の開始時刻より前の期間である。

【0105】

例えば、駆動部１３１は、第３期間におけるデッドタイムを第４期間におけるデッドタイムの２倍以上に設定する。なお、駆動部１３１は、第３期間におけるデッドタイムを第４期間におけるデッドタイムの４倍以上に設定してもよく、１０倍以上に設定してもよい。図９に示される例では、駆動部１３１は、第３期間におけるデッドタイムを、スイッチング期間（＝第１オン期間＋デッドタイム＋第２オン期間＋デッドタイム）の２５％に設定している。駆動部１３１は、第４期間におけるデッドタイムをスイッチング期間の１．５％に設定している。

【0106】

第３期間に含まれる複数のデッドタイムは、例えば、互いに同じ長さである。すなわち、駆動部１３１は、第３期間におけるデッドタイムを均一な長さで維持する。あるいは、駆動部１３１は、第３期間におけるデッドタイムを小さい値から大きい値まで漸増させてもよい。第３期間におけるデッドタイムの最大値は、第４期間におけるデッドタイムよりも短い期間である。

【0107】

以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器１０１では、駆動部１３１は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオンオフの切り替えを終了した時点以前の第３期間におけるデッドタイムを、当該第３期間より前の第４期間におけるデッドタイムよりも長く設定する。

【0108】

これにより、図９に示されるように、第３期間ではコイル電流のピーク値を徐々に小さくすることができる。仮に、スイッチングの停止の開始時刻において即座にスイッチングを停止した場合、コイル電流が一方に強く偏った状態でスイッチングが終了することになる。すなわち、正負の一方にパルス電流が発生した状態でスイッチングが終了するので、センサの偏磁が発生する。

【0109】

これに対して、デッドタイムを長く設定する第３期間を設けることで、ピーク値を徐々に小さくすることができるので、スイッチングを停止した時点で発生するパルス電流のピーク値が小さくなるので、スイッチングの停止時のセンサの偏磁を抑制することができる。

【0110】

（実施の形態５）
続いて、実施の形態５について説明する。

【0111】

実施の形態５では、実施の形態３及び４と同様に、デッドタイムの長さを可変にする。具体的には、実施の形態５では、トルク検出器におけるトルクの検出を行っている途中でデッドタイムを周期的に変化させる。本実施の形態では、トルク検出器の構成は、実施の形態１又は２と同じであるので、以下では、図５に示される実施の形態２に係るトルク検出器１０１の構成を用いて説明する。なお、実施の形態１～４との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0112】

図１０は、本実施の形態に係るトルク検出器１０１の特徴量の時間変化を示すグラフである。図１０において、横軸は時間を表している。縦軸はそれぞれ、スイッチング素子ＳＷ１のゲート電圧、スイッチング素子ＳＷ２のゲート電圧、及び、コイル電流を表している。なお、コイル電流は、第１コイル電流Ｉ１又は第２コイル電流Ｉ２である。

【0113】

本実施の形態では、駆動部１３１は、デッドタイムを周期的に変化させる。駆動部１３１は、タイマ機能を有している。

【0114】

例えば、駆動部１３１は、トルクを検出する検出期間と、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された中断期間とを繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させる。具体的には、図１０に示されるように、駆動部１３１は、検出期間と、中断期間の一例であるフェード期間とを１周期として繰り返す。繰り返し周波数は、例えば１００Ｈｚ以上数ｋＨｚ以下である。つまり、１周期は、０．１ｍｓ以上１０ｍｓ以下である。

【0115】

検出期間とフェード期間とは、例えば同じ長さの期間であるが、異なっていてもよい。検出期間がフェード期間より長い場合には、トルクを検出できる期間が長くなるので、トルクの検出を高い精度で行うことができる。検出期間がフェード期間より短い場合には、省電力化が実現される。

【0116】

フェード期間におけるデッドタイムの長さは、時間変化している。具体的には、駆動部１３１は、所定の範囲内でデッドタイムをスイープする。なお、所定の範囲の最小値は、検出期間におけるデッドタイムよりも長い値である。デッドタイムのスイープは、漸増のみ、漸減のみ、漸増及び漸減、又は、漸増及び漸減の複数回の繰り返しである。なお、フェード期間中に含まれる複数のデッドタイムは、均一な長さであってもよい。

【0117】

また、フェード期間中には、スイッチングを完全に停止する停止期間が含まれてもよい。具体的には、駆動部１３１は、図１１に示されるように、検出期間と、第１フェード期間と、停止期間と、第２フェード期間とをこの順で繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させてもよい。ここで、図１１は、本実施の形態の変形例に係るトルク検出器１０１の特徴量の時間変化を示すグラフである。１周期は、検出期間と、第１フェード期間と、停止期間と、第２フェード期間とを含んでいる。繰り返し周波数は、例えば、１００Ｈｚ以上数ｋＨｚ以下である。つまり、１周期は、０．１ｍｓ以上１０ｍｓ以下である。

【0118】

第１フェード期間は、検出期間直後の期間であり、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第１中断期間の一例である。第２フェード期間は、検出期間直前の期間であり、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第２中断期間の一例である。第１フェード期間におけるデッドタイムと、第２フェード期間におけるデッドタイムとは、同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。また、駆動部１３１は、第１フェード期間におけるデッドタイムと、第２フェード期間におけるデッドタイムとの少なくとも一方をスイープしてもよい。

【0119】

停止期間は、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方のオンオフの切り替えを停止する期間である。つまり、停止期間の全体が大きなデッドタイムとみなすことができる。停止期間は、上述したスイッチング期間（＝第１オン期間＋デッドタイム＋第２オン期間＋デッドタイム）よりも長い期間である。

【0120】

例えば、検出期間と、第１フェード期間と、停止期間と、第２フェード期間とは、例えば同じ長さの期間であるが、少なくとも１つが異なっていてもよい。検出期間と停止期間との比率を変化させることで、トルクの検出回数と消費電力とのバランスを調整することができる。

【0121】

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器１０１では、駆動部１３１は、デッドタイムを周期的に変化させる。

【0122】

これにより、消費電力を削減することができる。

【0123】

また、例えば、駆動部１３１は、トルクを検出する検出期間と、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された中断期間とを繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させる。

【0124】

これにより、消費電力を削減することができる。また、検出期間と中断期間との比率を調整することにより、トルクの検出回数と消費電力とのバランスを調整することができる。

【0125】

また、例えば、駆動部１３１は、トルクを検出する検出期間と、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第１中断期間と、２つのスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の両方のオンオフの切り替えを停止する停止期間と、検出期間中のデッドタイムよりも長いデッドタイムが設定された第２中断期間とを、この順で繰り返すように、デッドタイムを周期的に変化させる。

【0126】

これにより、消費電力を削減することができる。また、検出期間と中断期間と停止期間との比率を調整することにより、トルクの検出回数と消費電力とのバランスを調整することができる。

【0127】

例えば、自転車のクランク軸５１に入力されたトルクを検出する場合には、自転車が停止している期間ではトルクがほとんど変化しないので、頻繁にトルクを検出する必要がない。このため、中断期間及び停止期間を設けることにより、省電力化を実現しながら、必要な頻度でトルクを検出することができる。

【0128】

（実施の形態６）
続いて、実施の形態６について説明する。

【0129】

実施の形態６では、トルク検出器の異常を検出する。以下では、実施の形態１～５との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0130】

図１２は、本実施の形態に係るトルク検出器２０１の回路図である。図１２に示されるように、トルク検出器２０１は、図５に示されるトルク検出器１０１と比較して、新たにローパスフィルタ２８０を備える。また、トルク検出器２０１のＭＣＵ３０は、信号処理部３２の代わりに信号処理部２３２を備える。

【0131】

ローパスフィルタ２８０は、電源回路２０の出力端子２１と、ＭＣＵ３０との間に接続されている。ローパスフィルタ２８０は、高周波成分（交流成分）をカットし、低周波成分（直流成分）を通過させる。

【0132】

信号処理部２３２は、電源回路２０とブリッジ回路１０との接続点の電位に基づいて、トルク検出器２０１の異常を検知する。具体的には、信号処理部２３２は、ローパスフィルタ２８０を介して電源回路２０の出力端子２１の電位を確認する。トルク検出器２０１が正常に動作している場合、高周波成分がローパスフィルタ２８０でカットされるので、出力端子２１の電位は、実質的にキャパシタＣの電圧（キャパシタ電圧）と同じになる。すなわち、出力端子２１の電位は、電源電圧Ｖｃｃの半分の値になる。

【0133】

一方で、図１２の「×」印で示されるように、ブリッジ回路１０と電源回路２０との接続が切断された場合（例えば、第１端子１１と出力端子２１とを繋ぐケーブルが外れた場合）、出力端子２１の電位は、キャパシタ電圧が維持されなくなる。具体的には、出力端子２１の電位は、略０Ｖになる。

【0134】

信号処理部２３２は、出力端子２１の電位と閾値とを比較する。信号処理部２３２は、電位が閾値以下になった場合に、トルク検出器２０１に異常が発生したと判定する。信号処理部２３２は、電位が閾値より大きい場合に、トルク検出器２０１が正常である（異常が発生していない）と判定する。

【0135】

信号処理部２３２は、スイッチングの開始前、又は、図１０若しくは図１１に示されるフェード期間若しくは停止期間中に、出力端子２１の電位が０Ｖになった場合、トルク検出器２０１に異常が発生したと判定し、判定結果を駆動部１３１に出力する。駆動部１３１は、トルク検出器２０１に異常が発生したと判定された場合に、スイッチングの開始を中止する。

【0136】

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るトルク検出器２０１では、信号処理部２３２は、電源回路２０とブリッジ回路１０との接続点の電位に基づいて、トルク検出器２０１の異常を検知する。

【0137】

これにより、トルク検出器２０１の異常を検出することができるので、トルク検出器２０１を備えるシステムを安全に制御することができる。

【0138】

なお、トルク検出器２０１は、ローパスフィルタ２８０を備えていなくてもよい。

【0139】

（実施の形態７）
続いて、実施の形態７について説明する。

【0140】

実施の形態７では、実施の形態１～６に係るトルク検出器を備えるモータユニット、及び、当該モータユニットを備える電動自転車について説明する。以下では、実施の形態１～６との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

【0141】

図１３は、本実施の形態に係る電動自転車３００の側面図である。図１４は、本実施の形態に係る電動自転車３００が備えるモータユニット３０１の断面図である。

【0142】

電動自転車３００は、電動アシスト機能を有する電動自転車である。電動アシスト機能とは、電動自転車３００に乗った人物によるペダルへの踏力に基づいて電動自転車３００の前進を補助する機能である。図１３に示されるように、電動自転車３００は、モータユニット３０１と、バッテリー３０２とを備える。

【0143】

モータユニット３０１は、図１４に示されるように、バッテリー３０２から供給される電力に基づいて駆動する電動モータ３９１を有する。電動モータ３９１は、電動自転車３００に乗った人物によるペダルへの踏力に基づいてクランク軸５１を回転させるトルクを発生させる。モータユニット３０１は、例えば、電動自転車３００の中央部に設けられており、クランク軸５１を含んでいる。

【0144】

モータユニット３０１は、さらに、制御回路基板３９０と、減速器３９２とを備える。制御回路基板３９０は、例えば、トルク検出器１のＭＣＵ３０が実装された基板である。制御回路基板３９０は、トルク検出器１によって検出されたトルクに基づいて電動モータ３９１の駆動力を決定する。制御回路基板３９０は、決定した駆動力で電動モータ３９１を駆動する。

【0145】

電動モータ３９１が発生させるトルクは、減速器３９２を介して補助力出力スプロケット３９３に出力される。補助力出力スプロケット３９３及びスプロケット５５には、チェーン３９４が取り付けられている。これにより、電動モータ３９１に基づく補助力と、人力駆動力とが合算されて、チェーン３９４が接続された後輪を回転させる。これにより、電動自転車３００の前進がアシストされる。

【0146】

バッテリー３０２は、モータユニット３０１の駆動用の電力を貯める蓄電池である。バッテリー３０２は、例えば二次電池であるが、キャパシタなどであってもよい。バッテリー３０２に貯められた電力は、トルク検出器１の電源電圧Ｖｃｃなどにも用いられる。バッテリー３０２は、例えば、電動自転車３００のサドルを支持する立パイプに取り付けられている。

【0147】

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るモータユニット３０１は、例えば、トルク検出器１、１０１又は２０１を備える。また、本実施の形態に係る電動自転車３００は、モータユニット３０１を備える。

【0148】

これにより、検出したトルクに基づいて電動モータ３９１を適切に駆動することができる。具体的には、電動アシスト機能を適切に発揮させることができ、電動自転車３００の快適な乗車を補助することができる。また、各実施の形態で示したように、トルク検出器の省電力化が実現されるので、バッテリー３０２の電力消費を抑制することができる。したがって、より長い期間、電動アシスト機能を発揮させることができる。

【0149】

（その他）
以上、本発明に係るトルク検出器、モータユニット及び電動自転車について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

【0150】

例えば、上記の実施の形態３～６では、トルク検出器がバイアス回路１７０を備えなくてもよい。例えば、実施の形態１に係るトルク検出器１（バイアス回路１７０を備えない）がソフトスタート機能、ソフトオフ機能、及び、デッドタイムの周期的な変化機能の少なくとも１つを有してもよい。また、トルク検出器は、ソフトスタート機能、ソフトオフ機能、及び、デッドタイムの周期的な変化機能の全てを有してもよい。

【0151】

また、上記実施の形態において、駆動部３１及び１３１並びに信号処理部３２及び２３２などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

【0152】

また、駆動部３１及び１３１並びに信号処理部３２及び２３２などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。

【0153】

１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。

【0154】

また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【0155】

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0156】

１、１０１、２０１ トルク検出器
１０ ブリッジ回路
１３ 第３端子（接続点）
１４ 第４端子（接続点）
２０ 電源回路
２１ 出力端子（接続点）
３１、１３１ 駆動部
３２、２３２ 信号処理部
５６ トルク伝達手段（対象物）
１７０ バイアス回路
３００ 電動自転車
３０１ モータユニット
Ｃ キャパシタ
Ｌ１ 第１コイル
Ｌ２ 第２コイル
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
Ｒ４ 第４抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】