(57)【要約】【課題】磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い磁気遮蔽部材を提供する。【解決手段】基板５０と第２磁石５２との間には、第２磁石５２から第１および第２磁気センサ６１，６２に向かう磁束を遮断するための第１磁気シールド板５３が配置されている。第１磁気シールド板５３の厚さに対する第１磁気シールド板５３を通過する第２磁石５２からの磁束密度の特性は、第１磁気シールド板５３の厚さの増加に伴って第１磁気シールド板５３を通過する磁束密度が徐々に低下していき、第１磁気シールド板５３の厚さが第１所定値以上になると第１磁気シールド板５３を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有している。第１磁気シールド板５３の厚さは、前記所定値に設定されている。【選択図】図５
2014178178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と電子部品との間に配置され、前記磁石から前記電子部品へ向かう磁束を遮断するための磁気遮蔽部材であって、
前記磁気遮蔽部材の厚さに対する前記磁気遮蔽部材を通過する前記磁石からの磁束密度の特性は、前記磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記磁気遮蔽部材の厚さが所定値以上になると前記磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、
厚さが前記所定値である、磁気遮蔽部材。
【請求項２】
トルク検出用軸の捩れ角を検出することによりトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記トルク検出用軸の一端部に一体回転可能に連結された短筒状の第１磁石と、
前記トルク検出用軸の他端部に一体回転可能に連結された短筒状の第２磁石と、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第１磁石からの磁束をそれぞれ検出し、前記トルク検出用軸の前記一端部の回転角である第１回転角を検出するための複数の第１回転角検出用の磁気センサと、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第２磁石からの磁束をそれぞれ検出し、前記トルク検出用軸の前記他端部の回転角である第２回転角を検出するための複数の第２回転角検出用の磁気センサと、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第２磁石から前記第１回転角検出用の磁気センサへと向かう磁束を遮断するための第１磁気遮蔽部材と、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第１磁石から前記第２回転角検出用の磁気センサへと向かう磁束を遮断するための第２磁気遮蔽部材とを含み、
前記第１磁気遮蔽部材の厚さに対する前記第１磁気遮蔽部材を通過する前記第２磁石からの磁束密度の特性は、前記第１磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが第１所定値以上になると前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが前記第１所定値である、トルク検出装置。
【請求項３】
前記第１磁気遮蔽部材は、前記複数の第１回転角検出用の磁気センサと前記第２磁石との間に配置され、かつ、前記第１磁石側から見て、前記第２磁石の中心軸を中心とした幅を有する円弧状に形成されており、
前記第１磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さは、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが前記第１所定値以上であるときに、前記第１磁気遮蔽部材を通過する前記第２磁石からの磁束密度が一定となるような長さに決定されている、請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記第２磁気遮蔽部材の厚さに対する前記第２磁気遮蔽部材を通過する前記第１磁石からの磁束密度の特性は、前記第２磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記第２磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが第２所定値以上になると前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが前記第２所定値である、請求項２または３に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記第２磁気遮蔽部材は、前記複数の第２回転角検出用の磁気センサと前記第１磁石との間に配置され、かつ、前記第２磁石側から見て、前記第１磁石の中心軸を中心とした幅を有する円弧状に形成されており、
前記第２磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さは、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが前記第２所定値以上であるときに、前記第２磁気遮蔽部材を通過する前記第１磁石からの磁束密度が一定となるような長さに決定されている、請求項４に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記複数の第１回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第１回転角を演算する第１演算手段と、
前記複数の第２回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第２回転角を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段によって演算される第１回転角と、前記第２演算手段によって演算される第２回転角とに基づいて、トルクを演算するトルク演算手段とを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気遮蔽部材および電動パワーステアリング装置等に使用されるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）などに使用されるトルク検出装置は、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角を検出することにより、入力軸に加えられたトルクを演算する構成となっている。
この種のトルク検出装置として、下記特許文献１に開示されたものが既に提案されている。具体的には、入力軸と出力軸とがトーションバーを介して同軸に連結されている。入力軸には短筒状の第１磁石が一体回転可能に連結され、出力軸には短筒状の第２磁石が一体回転可能に連結されている。第１磁石と第２磁石との間には、第１磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の入力軸回転角検出用の磁気センサと、第２磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の出力軸回転角検出用の磁気センサとが配置されている。また、入力軸回転角検出用の磁気センサと第２磁石との間には、第２磁石から入力軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第１磁気遮蔽部材が配置されている。さらに、出力軸回転角検出用の磁気センサと第１磁石との間には、第１磁石から出力軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第２磁気遮蔽部材が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６３４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に磁気遮蔽部材は、厚さが大きくなると磁気遮蔽効果が大きくなる。しかしながら、磁気遮蔽部材の厚さを大きくするとコストが高くなる。
この発明の目的は、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い磁気遮蔽部材およびそれを備えたトルク検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、磁石（５２ｏｒ５１）と電子部品（６１，６２ｏｒ６３，６４）との間に配置され、前記磁石から前記電子部品へ向かう磁束を遮断するための磁気遮蔽部材（５３ｏｒ５４）であって、前記磁気遮蔽部材の厚さに対する前記磁気遮蔽部材を通過する前記磁石からの磁束密度の特性は、前記磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記磁気遮蔽部材の厚さが所定値以上になると前記磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、厚さが前記所定値である、磁気遮蔽部材である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００６】
この発明によれば、磁気遮蔽部材の厚さを、高い磁気遮蔽効果が得られる厚さのうちの最小値に設定することが可能となる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い磁気遮蔽部材を実現することができる。
請求項２記載の発明は、トルク検出用軸（１０）の捩れ角を検出することによりトルクを検出するトルク検出装置（１１）であって、前記トルク検出用軸の一端部に一体回転可能に連結された短筒状の第１磁石（５１ｏｒ５２）と、前記トルク検出用軸の他端部に一体回転可能に連結された短筒状の第２磁石（５２ｏｒ５１）と、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第１磁石からの磁束をそれぞれ検出し、前記トルク検出用軸の前記一端部の回転角である第１回転角を検出するための複数の第１回転角検出用の磁気センサ（６１，６２ｏｒ６３，６４）と、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第２磁石からの磁束をそれぞれ検出し、前記トルク検出用軸の前記他端部の回転角である第２回転角を検出するための複数の第２回転角検出用の磁気センサ（６３，６４ｏｒ６１，６２）と、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第２磁石から前記第１回転角検出用の磁気センサへと向かう磁束を遮断するための第１磁気遮蔽部材（５３ｏｒ５４）と、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置され、前記第１磁石から前記第２回転角検出用の磁気センサへと向かう磁束を遮断するための第２磁気遮蔽部材（５４ｏｒ５３）とを含み、前記第１磁気遮蔽部材の厚さに対する前記第１磁気遮蔽部材を通過する前記第２磁石からの磁束密度の特性は、前記第１磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが第１所定値以上になると前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが前記第１所定値である、トルク検出装置である。  
【０００７】
この発明によれば、第１磁気遮蔽部材の厚さを、高い磁気遮蔽効果が得られる厚さのうちの最小値に設定することが可能となる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第１磁気遮蔽部材を備えたトルク検出装置を実現することができる。
請求項３記載の発明は、前記第１磁気遮蔽部材は、前記複数の第１回転角検出用の磁気センサと前記第２磁石との間に配置され、かつ、前記第１磁石側から見て、前記第２磁石の中心軸を中心とした幅を有する円弧状に形成されており、前記第１磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さは、前記第１磁気遮蔽部材の厚さが前記第１所定値以上であるときに、前記第１磁気遮蔽部材を通過する前記第２磁石からの磁束密度が一定となるような長さに決定されている、請求項２に記載のトルク検出装置である。
【０００８】
この構成では、第１磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さを、第１磁気遮蔽部材の厚さが前記第１所定値以上のときに第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が増加しない長さのうちの最小値に設定することが可能となる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第１磁気遮蔽部材を備えたトルク検出装置を実現することができる。
請求項４記載の発明は、前記第２磁気遮蔽部材の厚さに対する前記第２磁気遮蔽部材を通過する前記第１磁石からの磁束密度の特性は、前記第２磁気遮蔽部材の厚さの増加に伴って前記第２磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が徐々に低下していき、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが第２所定値以上になると前記第１磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が変化する度合いが小さくなるという特性を有しており、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが前記第２所定値である、請求項２または３に記載のトルク検出装置である。
【０００９】
この構成によれば、第２磁気遮蔽部材の厚さを、高い磁気遮蔽効果が得られる厚さのうちの最小値に設定することが可能となる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第２磁気遮蔽部材を備えたトルク検出装置を実現することができる。  
請求項５記載の発明は、前記第２磁気遮蔽部材は、前記複数の第２回転角検出用の磁気センサと前記第１磁石との間に配置され、かつ、前記第２磁石側から見て、前記第１磁石の中心軸を中心とした幅を有する円弧状に形成されており、前記第２磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さは、前記第２磁気遮蔽部材の厚さが前記第２所定値以上であるときに、前記第２磁気遮蔽部材を通過する前記第１磁石からの磁束密度が一定となるような長さに決定されている、請求項４に記載のトルク検出装置である。
【００１０】
この構成では、第２磁気遮蔽部材の幅中心を通る円弧の長さを、第２磁気遮蔽部材の厚さが前記第２所定値以上のときに第２磁気遮蔽部材を通過する磁束密度が増加しない長さのうちの最小値に値に設定することが可能となる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第２磁気遮蔽部材を備えたトルク検出装置を実現することができる。
請求項６記載の発明は、前記複数の第１回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第１回転角を演算する第１演算手段（６５Ａｏｒ６５Ｂ）と、前記複数の第２回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第２回転角を演算する第２演算手段（６５Ｂｏｒ６５Ａ）と、前記第１演算手段によって演算される第１回転角と、前記第２演算手段によって演算される第２回転角とに基づいて、トルクを演算するトルク演算手段（６５Ｃ）とを含む、請求項２〜６のいずれか一項に記載のトルク検出装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るトルク検出装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、モータ制御用ＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。
【図３】図３は、電動モータの構成を図解的に示す模式図である。
【図４】図４は、検出操舵トルクＴｈに対するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の設定例を示すグラフである。
【図５】図５は、トルクセンサの構成を図解的に示す模式図である。
【図６】図６Ａは第１磁石５１側から第１磁気シールド板５３を見た模式図であり、図６Ｂは第２磁石５２側から第２磁気シールド板５４を見た模式図である。
【図７】図７は、第１磁石の構成ならびに第１磁気センサおよび第２磁気センサの配置を示す模式図である。
【図８】図８は、第１磁気センサおよび第２磁気センサの出力信号波形および第１磁気センサが検出している磁極を示す模式図である。
【図９】図９は、第１磁気シールド板の厚さおよび長さを決定するために行われる実験方法を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、図９の矢印Ｂの方向から見た矢視図である。
【図１１】図１１は、実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、この発明を、電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るトルク検出装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１３】
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー（トルク検出用軸）１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２が回転されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。
【００１４】
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ（トルク検出装置）１１が設けられている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクは、モータ制御用ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic  Control  Unit）１２に入力される。
【００１５】
転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。
【００１６】
ラック軸１４は、自動車の左右方向（直進方向に直交する方向）に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。
【００１７】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助力を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。
【００１８】
ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、出力軸９とは同方向に回転可能に出力軸９に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００１９】
電動モータ１８のロータの回転角（ロータ回転角）は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。回転角センサ２５の出力信号は、モータ制御用ＥＣＵ１２に入力される。電動モータ１８は、モータ制御装置としてのモータ制御用ＥＣＵ１２によって制御される。
図２は、モータ制御用ＥＣＵ１２の電気的構成を示す概略図である。
【００２０】
モータ制御用ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈに応じて電動モータ１８を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。モータ制御用ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れるモータ電流を検出する電流検出部３２とを備えている。
【００２１】
電動モータ１８は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。電動モータ１８は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００２２】
各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（電気角）θ-Ｓは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θ-Ｓに従う実回転座標系である。このロータ角θ-Ｓを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。
【００２３】
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値設定部４１と、電流偏差演算部４２と、ＰＩ（比例積分）制御部４３と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４５と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４６と、回転角演算部４７とを含む。
【００２４】
回転角演算部４７は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θＳ」という。）を演算する。
電流指令値設定部４１は、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部４１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉｄｑ＊」という。）を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部４１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を有意値とする一方で、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を零とする。より具体的には、電流指令値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク（検出操舵トルク）Ｔｈに基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を設定する。
【００２５】
検出操舵トルクＴｈに対するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の設定例は、図４に示されている。検出操舵トルクＴｈは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、電動モータ１８から右方向操舵のための操作補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から左方向操舵のための操作補助力を発生させるべきときには負の値とされる。ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、検出操舵トルクＴｈの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴｈの負の値に対しては負をとる。検出操舵トルクＴｈが零のときには、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の絶対値が大きくなるように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が設定されている。
【００２６】
電流指令値設定部４１によって設定された二相電流指令値Ｉｄｑ＊は、電流偏差演算部４２に与えられる。
電流検出部３２は、電動モータ１８のＵ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流ＩＷ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ＩＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３２によって検出された三相検出電流ＩＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４６に与えられる。
【００２７】
ＵＶＷ／ｄｑ変換部４６は、電流検出部３２によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ＩＵＶＷ（Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流ＩＷ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流ＩｄおよびＩｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉｄｑ」という。）に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部４７によって演算されたロータ角θＳが用いられる。
【００２８】
電流偏差演算部４２は、電流指令値設定部４１によって設定される二相電流指令値Ｉｄｑ＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４６から与えられる二相検出電流Ｉｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部４２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に対するｄ軸検出電流Ｉｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に対するｑ軸検出電流Ｉｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部４３に与えられる。
【００２９】
ＰＩ制御部４３は、電流偏差演算部４２によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、電動モータ１８に印加すべき二相電圧指令値Ｖｄｑ＊（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖｄｑ＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４４に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部４４は、二相電圧指令値Ｖｄｑ＊を三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部４７によって演算されたロータ角θＳが用いられる。三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊は、Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊、Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊およびＷ相電圧指令値ＶＷ＊からなる。この三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊は、ＰＷＭ制御部４５に与えられる。
【００３０】
ＰＷＭ制御部４５は、Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊、Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊およびＷ相電圧指令値ＶＷ＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３１に供給する。
駆動回路３１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部４５から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊に相当する電圧が電動モータ１８の各相のステータ巻線１０１，１０２、１０３に印加されることになる。
【００３１】
電流偏差演算部４２およびＰＩ制御部４３は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流が、電流指令値設定部４１によって設定された二相電流指令値Ｉｄｑ＊に近づくように制御される。
図５は、トルクセンサ１１の構成を図解的に示す模式図である。
【００３２】
入力軸８には、短筒状の第１磁石（多極磁石）５１が一体回転可能に連結されている。第１磁石５１は、入力軸８の外周面に嵌め合わされた状態で入力軸８に固定されている。出力軸９には、短筒状の第２磁石（多極磁石）５２が一体回転可能に連結されている。第２磁石５２は、出力軸９の外周面に嵌め合わされた状態で出力軸９に固定されている。
第１磁石５１と第２磁石５２との間には、基板５０が配置されている。基板５０は、これらの磁石５１，５２と平行にかつ入力軸８、出力軸９およびトーションバー１０と干渉しないように配置されている。基板５０は、磁石５１，５２および基板５０が収容されかつ車体に支持されたハウジング（図示略）に取り付けられている。
【００３３】
基板５０における第１磁石５１に面している表面（図５では上面）には、第１磁石５１からの磁束を検出する第１磁気センサ６１および第２磁気センサ６２が取り付けられている。これらの磁気センサ６１，６２は、入力軸８の回転角（トーションバー１０における入力軸８が連結されている側の端部の回転角）を検出するために用いられる。これらの磁気センサ６１，６２は、第１磁石５１における基板５０（第２磁石５２）側に面している環状端面に対向して配置されている。
【００３４】
基板５０における第２磁石５２に面している表面（図５では下面）には、第２磁石５２からの磁束を検出する第３磁気センサ６３および第４磁気センサ６４が取り付けられている。これらの磁気センサ６３，６４は、出力軸９の回転角（トーションバー１０における出力軸９が連結されている側の端部の回転角）を検出するために用いられる。これらの磁気センサ６３，６４は、第２磁石５２における基板５０（第１磁石５１）側に面している環状端面に対向して配置されている。
【００３５】
基板５０と第２磁石５２との間には、第２磁石５２から第１および第２磁気センサ６１，６２に向かう磁束を遮断するための第１磁気シールド板（磁気遮蔽部材）５３が配置されている。基板５０と第１磁石５１との間には、第１磁石５１から第３および第４磁気センサ６３，６４に向かう磁束を遮断するための第２磁気シールド板（磁気遮蔽部材）５４が配置されている。各磁気シールド板５３，５４は、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）から作られている。各磁気シールド板５３，５４は、たとえば、図示しないスペーサを介して基板５０に取り付けられている。
【００３６】
図６Ａは、第１磁石５１側から第１磁気シールド板５３を見た模式図である。図６Ａにおいては、第１磁石５１、基板５０、第２磁気シールド板５４および第３および第４磁気センサ６３，６４は省略されている。第１磁気シールド板５３は、第１磁石５１側から見て、第２磁石５２の中心軸を中心とした幅のある円弧状である。第１および第２磁気センサ６１，６２は、第１磁石５１側から見て、第１磁気シールド板５３の中央部に配置されている。
【００３７】
図６Ｂは、第２磁石５２側から第２磁気シールド板５４を見た模式図である。図６Ｂにおいては、第２磁石５２、基板５０、第１磁気シールド板５３および第１および第２磁気センサ６１，６２は省略されている。第２磁気シールド板５４は、第２磁石５２側から見て、第１磁石５１の中心軸を中心とした幅のある円弧状である。第３および第４磁気センサ６３，６４は、第２磁石５２側から見て、第２磁気シールド板５４の中央部に配置されている。
【００３８】
第１磁気シールド板５３の長さＬ１は、図６Ａに示すように、第１磁気シールド板５３の幅中央を通る円弧の長さとして定義される。同様に、第２磁気シールド板５４の長さＬ２は、図６Ｂに示すように、第２磁気シールド板５４の幅中央を通る円弧の長さとして定義される。第１磁気シールド板５３の厚さＤ１（図５参照）および長さＬ１ならびに第２磁気シールド板５４の厚さＤ２（図５参照）および長さＬ２は、それぞれ予め決定された大きさに設定されている。これらの大きさの決定方法については後述する。
【００３９】
第１および第２磁気センサ６１，６２は、第１磁石５１の回転に応じて互いに位相差を有する正弦波状の信号Ｖ１,Ｖ２をそれぞれ出力する。第３および第４磁気センサ６３，６４は、第２磁石５２の回転に応じて互いに位相差を有する正弦波状の信号Ｖ３,Ｖ４をそれぞれ出力する。なお、各磁気センサ６１〜６４としては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。この実施形態では、各磁気センサ６１〜６４としては、ホール素子が用いられている。
【００４０】
各磁気センサ６１，６２，６３，６４の出力信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、入力軸８に加えられる操舵トルクを演算するためのトルク演算用ＥＣＵ６５に入力されている。前記磁石５１，５２、前記磁気シールド板５３，５４、前記磁気センサ６１，６２，６３，６４およびトルク演算用ＥＣＵ６５によって、トルクセンサ１１が構成されている。
トルク演算用ＥＣＵ６５は、マイクロコンピュータを含んでいる。マイクロコンピュータは、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部には、第１の回転角演算部６５Ａと、第２の回転角演算部６５Ｂと、トルク演算部６５Ｃとを含んでいる。
【００４１】
第１の回転角演算部６５Ａは、第１および第２磁気センサ６１，６２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて入力軸８の回転角（電気角θ１）を演算する。第２の回転角演算部６５Ｂは、第３および第４磁気センサ６３，６４の出力信号Ｖ３，Ｖ４に基づいて出力軸９の回転角（電気角θ２）を演算する。
トルク演算部６５Ｃは、第１の回転角演算部６５Ａによって検出された入力軸８の回転角θ１と第２の回転角演算部６５Ｂによって検出された出力軸９の回転角θ２とに基づいて、入力軸８に加えられた操舵トルクＴｈを演算する。具体的には、操舵トルクＴｈは、トーションバー１０のバネ定数をＫとし、各磁石５１，５２に設けられた磁極対数をＮとすると、次式(1)に基づいて演算される。
【００４２】
Ｔｈ＝｛（θ１−θ２）／Ｎ｝×Ｋ      …(1)
第１の回転角演算部６５Ａの動作と第２の回転角演算部６５Ｂの動作は同様であるので、第１の回転角演算部６５Ａの動作についてのみ詳しく説明する。
図７は、第１磁石５１の構成ならびに第１および第２磁気センサ６１，６２の配置を示す模式図である。
【００４３】
第１磁石５１は、周方向に等角度間隔で配された５組の磁極対（Ｍ１，Ｍ２），（Ｍ３，Ｍ４），（Ｍ５，Ｍ６），（Ｍ７，Ｍ８），（Ｍ９，Ｍ１０）を有している。つまり、第１磁石５１は、等角度間隔で配置された１０個の磁極Ｍ１〜Ｍ１０を有している。各磁極Ｍ１〜Ｍ１０は、入力軸８の中心軸を中心として、３６°（電気角では１８０°）の角度間隔（角度幅）で配置されている。各磁極Ｍ１〜Ｍ１０の磁力の大きさは、ほぼ一定である。
【００４４】
２つの磁気センサ６１，６２は、第１磁石５１における第２磁石５２側に面している環状端面に対向して配置されている。これらの磁気センサ６１，６２は、入力軸８の中心軸を中心として９°（電気角では４５°）の角度間隔で配置されている。
図７に矢印で示す方向を入力軸８の正方向の回転方向とする。そして、入力軸８が正方向に回転されると入力軸８の回転角が大きくなり、入力軸８が逆方向に回転されると、入力軸２の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ６１，６２からは、図８に示すように、入力軸８の回転に伴って、互いに位相が９０度ずれた正弦波状の信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。なお、図８の横軸の回転角［deg］は、機械角を表している。
【００４５】
各磁気センサ６１，６２の出力信号Ｖ１，Ｖ２が正弦波信号であるとみなし、入力軸８の回転角をθ１（電気角）とすると、第１磁気センサ６１の出力信号Ｖ１は、Ｖ１＝Ａ１・sinθ１と表され、第２磁気センサ６２の出力信号Ｖ２は、Ｖ２＝Ａ２・cosθ１と表される。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。これらの振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しいとみなすと、入力軸８の回転角θ１は、次式(2)に基づいて演算される。
【００４６】
θ１＝tan−１（Ｖ１／Ｖ２）      …(2)
第２の回転角演算部６５Ｂも同様な動作によって、第３および第４磁気センサ６３，６４の出力信号Ｖ３，Ｖ４に基づいて、出力軸９の回転角θ２を演算する。ただし、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていないときには、第１の回転角演算部６５Ａによって演算される入力軸８の回転角θ１と、第２の回転角演算部６５Ｂによって演算される出力軸９の回転角θ２とが同じ値になるように、第１磁石５１と第２磁石５２との間の各磁極の相対的な位置と、第１および第２磁気センサ６１，６３と第３および第４磁気センサ６３，６４との相対的な位置とが設定されている。
【００４７】
次に、第１磁気シールド板５３の厚さＤ１および長さＬ１の決定方法について説明する。第１磁気シールド板５３の厚さＤ１および長さＬ１は、実験によって決定される。以下、この実験方法について説明する。
長さＬ１および厚さＤ１の異なる複数の第１磁気シールド板５３のサンプルを用意した。具体的には、長さＬ１が４０［ｍｍ］で厚さＤ１が異なる複数のサンプルＸと、長さＬ１が２５［ｍｍ］で厚さＤ１が異なる複数のサンプルＸと、長さＬ１が１０［ｍｍ］で厚さＤ１が異なる複数のサンプルＸとを用意した。そして、長さＬ１が異なるサンプル毎に、厚さＤ１に対するサンプルを通過する磁束密度の特性を調べた。
【００４８】
図９は実験方法を説明するための模式図である。図１０は、図９の矢印Ｂの方向から見た矢視図である。ただし、図１０では基板５０を省略している。図９および図１０に示すように、トルクセンサ１１から第１磁石５１および第２磁気シールド板５４を取り外す。また、基板５０と第２磁石５２との間に、サンプルＸを配置する。サンプルＸと基板５０との間の距離Ｈは、１［ｍｍ］に設定されている。基板５０における第２磁石５２側の表面とは反対側の表面の、サンプルＳの中央に対向する位置に、１つの磁気センサＳを配置する。そして、磁気センサＳの出力に基づいて、サンプルＸを通過する第２磁石５２からの磁束密度［Ｔ］を検出する。サンプルＸを代えて、同様な実験を繰り返す。
【００４９】
なお、第２磁石５２の外径は、４１［ｍｍ］である。第２磁石５２の磁束密度は０．０４［Ｔ］である。第１磁気シールド板５３のサンプルの材料は、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）である。
図１１は、実験結果を示すグラフである。
図１１の折れ線ａは、長さＬ１が４０［ｍｍ］のサンプルＸについての厚さＤ１に対するサンプルＸを通過する磁束密度［Ｔ］の特性を表すグラフである。折れ線ｂは、長さＬ１が２５［ｍｍ］のサンプルＸについての厚さＤ１に対するサンプルＸを通過する磁束密度［Ｔ］の特性を表すグラフである。折れ線ｃは、長さＬ１が１０［ｍｍ］のサンプルＸについての厚さＤ１に対するサンプルＸを通過する磁束密度［Ｔ］の特性を表すグラフである。
【００５０】
長さＬ１が異なる各サンプルＸとも、厚さＤ１が大きくなるにしたがってサンプルＸを通過する磁束密度が徐々に減少している。そして、各サンプルＸの厚さＤ１が所定値Ａ以上（この例では０．３５[ｍｍ]以上）になると、サンプルＸを通過する磁束密度の変化量が小さくなっている。つまり、各サンプルＸの厚さＤ１を前記所定値Ａより大きくしても、サンプルＸを通過する磁束密度はほとんど低下しない。そこで、第１磁気シールド板５３の厚さＤ１を前記所定値Ａ（この例では０．３５[ｍｍ]）に決定している。これにより、第１磁気シールド板５３の厚さＤ１を、高い磁気遮蔽効果が得られる厚さのうちの最小値に設定することができる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第１磁気シールド板５３を実現することができる。
【００５１】
また、長さＬ１が４０［ｍｍ］のサンプルＸでは、サンプルＸの厚さＤ１が前記所定値Ａ以上のときにおいても、サンプルＸの厚さＤ１が大きくなるにしたがって、若干ではあるがサンプルＸを通過する磁束密度が減少している。長さＬ１が１０［ｍｍ］のサンプルＸでは、サンプルＸの厚さＤ１が前記所定値Ａ以上のときには、サンプルＸの厚さＤ１が大きくなるにしたがって、若干ではあるがサンプルＸを通過する磁束密度が増加している。長さＬ１が２５［ｍｍ］のサンプルＸでは、サンプルＸの厚さＤ１が前記所定値Ａ以上のときには、サンプルＸの厚さＤ１が大きくなってもサンプルＸを通過する磁束密度は一定となる。そこで、第１磁気シールド板５３の長さＬ１を、サンプルＸの厚さが前記所定値Ａ以上のときに、サンプルＸを通過する磁束密度が一定となるような長さＬ１（この例では２５[ｍｍ]）に決定している。これにより、第１磁気シールド板５３の長さＤ１を、サンプルＸの厚さＤ１が前記所定値Ａ以上のときにサンプルＸを通過する磁束密度が増加しない長さのうちの最小値に値に設定することができる。これにより、磁気遮蔽効果が高くかつコストが低い第１磁気シールド板５３を実現することができる。
【００５２】
なお、第２磁気シールド板５４の厚さＤ２および長さＬ２も、第１磁気シールド板５３の厚さＤ１および長さＬ１と同様な方法で決定される。なお、この実施形態では、第１磁石５１と第２磁石５２との特性はほぼ同じであり、各磁気センサ６１〜６４の特性はほぼ同じであり、第１磁石５１と第２磁気シールド板５４との距離は第２磁石５２と第１磁気シールド板５３との距離とほぼ同じである。したがって、第２磁気シールド板５４の厚さＤ２および長さＬ２は、それぞれ第１磁気シールド板５３の厚さＤ１および長さＬ１と同じ値に設定されている。
【００５３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。たとえば、第１磁石５１からの磁束を検出する複数の磁気センサに基づいて入力軸８の回転角を演算する方法は、前述した演算方法以外の方法であってもよい。また、第２磁石５２からの磁束を検出する複数の磁気センサに基づいて出力軸９の回転角を演算する方法は、前述した演算方法以外の方法であってもよい。
【００５４】
また、入力軸８の回転角を演算するために用いられる磁気センサの数は、３個以上であってもよい。同様に、出力軸９の回転角を演算するために用いられる磁気センサの数は、３個以上であってもよい。
また、前記実施形態では、磁気センサ６１〜６４として、ホール素子が用いられているが、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子であれば、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等のホール素子以外の素子を用いてもよい。
【００５５】
なお、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
８…入力軸、９…出力軸、１０…トーションバー（トルク検出用軸）、１１…トルクセンサ（トルク検出装置）、５１…第１磁石、５２…第２磁石、５３…第１磁気シールド板、５４…第２磁気シールド板、６１〜６４…磁気センサ（電子部品）、６５Ａ…第１の回転角演算手段、６５Ｂ…第２の回転角演算手段、６５Ｃ…トルク演算手段
【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】
2014178178.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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