(57)【要約】【課題】より精度良く角度を検出することができる回転角度センサの組付け構造体、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供すること。【解決手段】第１シャフトと、一端が第１シャフトの一端と自在継手を介して接続された第２シャフトと、第１シャフトに固定され、第１シャフトの回転軸である第１回転軸上から見て第１回転軸を中心軸とする円形の外周面を有し、外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、外周面に対向し、且つ、第１回転軸と第２シャフトの回転軸である第２回転軸との交点、第１回転軸上の交点とは異なる点、及び第２回転軸上の交点とは異なる点を含む平面上に配置され、第１多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第１磁気センサと、を備える。【選択図】図３
2018197672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフトと、
一端が前記第１シャフトの一端と自在継手を介して接続された第２シャフトと、
前記第１シャフトに固定され、前記第１シャフトの回転軸である第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の外周面を有し、前記外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、
前記外周面に対向し、且つ、前記第１回転軸と前記第２シャフトの回転軸である第２回転軸との交点、前記第１回転軸上の前記交点とは異なる点、及び前記第２回転軸上の前記交点とは異なる点を含む平面上に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第１磁気センサと、を備えることを特徴とする回転角度センサの組付け構造体。
【請求項２】
第１シャフトと、
前記第１シャフトに固定され、前記第１シャフトの回転軸である第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の外周面を有し、前記外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、
前記第１回転軸を回転軸として前記第１シャフトと一体に回転するウォームホイールと、
モータと、
前記モータのシャフトと一体に回転し、前記ウォームホイールと噛み合い、前記モータの回転駆動力を前記第１シャフトに伝えるウォームと、
前記外周面に対向し、且つ、前記第１回転軸、及び前記ウォームと前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む平面上に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第１磁気センサと、を備えることを特徴とする回転角度センサの組付け構造体。
【請求項３】
前記第１磁気センサは、前記第１磁気センサを貫通する磁束の向きを検知することで前記角度信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度センサの組付け構造体。
【請求項４】
請求項１に記載の回転角度センサの組付け構造体と、
前記第１回転軸と同軸となる位置で前記第１シャフトの他端とトーションバーを介して接続された第３シャフトと、
前記第３シャフトに固定され、前記第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の第２外周面を有し、前記第２外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、
前記第２外周面に対向し、且つ、前記平面上に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第２磁気センサと、
角度演算部と、
差分演算部と、を備え、
前記角度演算部は、前記第１磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第１多極磁石の第１回転角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の第２回転角度を算出し、
前記差分演算部は、前記角度演算部が算出した前記第１角度と前記第２角度との差分から相対的な回転角度を算出することを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の回転角度センサの組付け構造体と、
前記第１回転軸と同軸となる位置で前記第１シャフトの他端とトーションバーを介して接続された第３シャフトと、
前記第３シャフトに固定され、前記第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の第２外周面を有し、前記第２外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、
前記第２外周面に対向し、且つ、前記平面上に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第２磁気センサと、
角度演算部と、
差分演算部と、を備え、
前記角度演算部は、前記第１磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第１多極磁石の第１回転角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の第２回転角度を算出し、
前記差分演算部は、前記角度演算部が算出した前記第１角度と前記第２角度との差分から相対的な回転角度を算出することを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項６】
前記第３シャフトと同期して回転する第１ギヤと、
前記第１ギヤと噛み合い、前記第１ギヤの回転により回転駆動する第２ギヤと、
円柱形状であり、円柱の径方向に磁化され、前記第２ギヤと一体に回転する磁石と、
前記磁石の回転軸上に配置されたアングル磁気センサと、を備え、
前記アングル磁気センサは、前記磁石の１回転の磁界変化で１周期の角度信号を出力し、
前記第１ギヤに対する前記第２ギヤのギヤ比と前記第２多極磁石の磁極数との積は、２以外であることを特徴とする請求項４又は５に記載の相対角度検出装置。
【請求項７】
前記角度演算部は、前記アングル磁気センサの角度信号と前記第２磁気センサが出力する角度信号とからバーニア演算を実行して前記第２多極磁石の回転数を算出することを特徴とする請求項６に記載の相対角度検出装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか一項に記載の相対角度検出装置と、
前記相対的な回転角度に基づいて、前記トーションバーに加わるトルクを算出するトルク演算部と、を備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項９】
請求項８に記載のトルクセンサを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動パワーステアリング装置を備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度センサの組付け構造体、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、モータで生じる補助操舵力によって操舵を補助する電動パワーステアリング装置が搭載される。電動パワーステアリング装置は、トルクセンサが出力する操舵トルクに基づいてモータを制御する。トルクセンサは、回転角度センサの組付け構造体が検出する操舵角から操舵トルクを算出する。例えば、特許文献１には、回転角度センサの組付け構造体（センサ組立体）の一例が記載されている。特許文献１に記載の回転角度センサの組付け構造体は、第１のシャフトに連結された磁石と、第２のシャフトに連結された電子デバイスと、を備える。特許文献１に記載の電子デバイスは、磁気抵抗性感知素子と、磁気抵抗性感知素子と電気的に接続され、磁界の角度とステアリングトルクとの少なくとも一方を表示する信号を発生する処理回路と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１８８０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、回転角度センサの組付け構造体は、回転角度の検出精度上が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、より精度良く角度を検出することができる回転角度センサの組付け構造体、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供すること、を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る回転角度センサの組付け構造体は、第１シャフトと、一端が前記第１シャフトの一端と自在継手を介して接続された第２シャフトと、前記第１シャフトに固定され、前記第１シャフトの回転軸である第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の外周面を有し、前記外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、前記外周面に対向し、且つ、前記第１回転軸と前記第２シャフトの回転軸である第２回転軸との交点、前記第１回転軸上の前記交点とは異なる点、及び前記第２回転軸上の前記交点とは異なる点を含む平面上に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第１磁気センサと、を備える。
【０００７】
これによれば、第１磁気センサと第１多極磁石とがギャップ方向と直交する方向に変位することを抑制できる。これにより、第１磁気センサが検出する角度信号の誤差を抑制することができる。
【０００８】
本発明の一態様に係る回転角度センサの組付け構造体は、第１シャフトと、前記第１シャフトに固定され、前記第１シャフトの回転軸である第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の外周面を有し、前記外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、前記第１回転軸を回転軸として前記第１シャフトと一体に回転するウォームホイールと、モータと、前記モータのシャフトと一体に回転し、前記ウォームホイールと噛み合い、前記モータの回転駆動力を前記第１シャフトに伝えるウォームと、前記外周面に対向し、且つ、前記第１回転軸、及び前記ウォームと前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む平面上に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第１磁気センサと、を備える。
【０００９】
これによれば、第１磁気センサと第１多極磁石とがギャップ方向と直交する方向に変位することを抑制できる。これにより、第１磁気センサが検出する角度信号の誤差を抑制することができる。
【００１０】
回転角度センサの組付け構造体の望ましい態様として、前記第１磁気センサは、前記第１磁気センサを貫通する磁束の向きを検知することで前記角度信号を出力することが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様に係る相対角度検出装置は、上述した回転角度センサの組付け構造体と、前記第１回転軸と同軸となる位置で前記第１シャフトの他端とトーションバーを介して接続された第３シャフトと、前記第３シャフトに固定され、前記第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の第２外周面を有し、前記第２外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２外周面に対向し、且つ、前記平面上に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第２磁気センサと、角度演算部と、差分演算部と、を備え、前記角度演算部は、前記第１磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第１多極磁石の第１回転角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の第２回転角度を算出し、前記差分演算部は、前記角度演算部が算出した前記第１角度と前記第２角度との差分から相対的な回転角度を算出する。これにより、角度演算部は、誤差が抑制された角度信号に基づいて、第１角度及び第２角度を高い精度で算出することができる。したがって、相対角度検出装置は、高い精度で算出された第１角度と高い精度で算出された第２角度との差分から、高い精度で相対角度を算出することができる。
【００１２】
相対角度検出装置の望ましい態様として、上述した回転角度センサの組付け構造体と、前記第１回転軸と同軸となる位置で前記第１シャフトの他端とトーションバーを介して接続された第３シャフトと、前記第３シャフトに固定され、前記第１回転軸上から見て前記第１回転軸を中心軸とする円形の第２外周面を有し、前記第２外周面の周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２外周面に対向し、且つ、前記平面上に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出して角度信号を出力する少なくとも１つの第２磁気センサと、角度演算部と、差分演算部と、を備え、前記角度演算部は、前記第１磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第１多極磁石の第１回転角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の第２回転角度を算出し、前記差分演算部は、前記角度演算部が算出した前記第１角度と前記第２角度との差分から相対的な回転角度を算出する。これにより、角度演算部は、誤差が抑制された角度信号に基づいて、第１角度及び第２角度を高い精度で算出することができる。したがって、相対角度検出装置は、高い精度で算出された第１角度と高い精度で算出された第２角度との差分から、高い精度で相対角度を算出することができる。
【００１３】
相対角度検出装置の望ましい態様として、前記第３シャフトと同期して回転する第１ギヤと、前記第１ギヤと噛み合い、前記第１ギヤの回転により回転駆動する第２ギヤと、円柱形状であり、円柱の径方向に磁化され、前記第２ギヤと一体に回転する磁石と、前記磁石の回転軸上に配置されたアングル磁気センサと、を備え、前記アングル磁気センサは、前記磁石の１回転の磁界変化で１周期の角度信号を出力し、前記第１ギヤに対する前記第２ギヤのギヤ比と前記第２多極磁石の磁極数との積は、２以外であることが望ましい。また、前記角度演算部は、前記アングル磁気センサの角度信号と前記第２磁気センサが出力する角度信号とからバーニア演算を実行して前記第２多極磁石の回転数を算出することが望ましい。これにより、角度演算部は、第２多極磁石の回転数を算出することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係るトルクセンサは、上述した相対角度検出装置と、前記相対的な回転角度に基づいて、前記トーションバーに加わるトルクを算出するトルク演算部と、を備える。これによれば、トルクセンサは、高い精度で算出された相対的な回転角度に基づいてトルクを高い精度で算出できる。
【００１５】
本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、上述したトルクセンサを備える。これにより、高い精度で算出されたトルクに基づいて、モータへ供給する電流値を制御できる。その結果、電動パワーステアリング装置は、正確な補助操舵トルクを出力することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る車両は、上述した電動パワーステアリング装置を備える。当該車両によれば、電動パワーステアリング装置が正確な補助操舵トルクを出力するため、操作性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より精度良く角度を検出することができる回転角度センサの組付け構造体、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置を搭載した車両を模式的に示した斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る第１磁気センサ及び第２磁気センサが配置される第１平面を説明するための説明図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る第１磁気センサが出力する波形と磁極との関係を示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントを示す斜視図である。
【図８】図８は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントを模式的に示す側面図である。
【図９】図９は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントに生じる偶力を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る出力軸に加わるモーメントとユニバーサルジョイントの回転角度との関係の一例を示す概念図である。
【図１１】図１１は、第１多極磁石の磁束の向きを説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態２に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る第１磁気センサ及び第２磁気センサが配置される第２平面を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態２に係るウォーム及びウォームホイールの部分断面図である。
【図１５】図１５は、実施形態３に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。
【図１６】図１６は、実施形態３に係るアングル磁気センサと磁石との位置関係を説明するための平面図である。
【図１７】図１７は、実施形態３に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。
【図１８】図１８は、実施形態３に係る第１回転角度及びアングル磁気センサ検出角度と第１多極磁石の磁極との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置を搭載した車両を模式的に示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。図１に示すように、車両１０１は、電動パワーステアリング装置８０を搭載している。図２に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、を備え、ピニオンシャフト８７に接合されている。また、電動パワーステアリング装置８０は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）９０と、トルクセンサ９４と、を備える。車速センサ９５は、車体に備えられ、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）通信により信号として車速ＳＶをＥＣＵ９０に出力する。
【００２１】
図２に示すように、ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂと、を備える。入力軸８２ａの一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、入力軸８２ａの他方の端部が出力軸８２ｂに連結される。また、出力軸８２ｂの一方の端部が入力軸８２ａに連結され、出力軸８２ｂの他方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結される。本実施形態では、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂは、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材（Carbon  Steel  for  Machine  Structural  Use））又は機械構造用炭素鋼鋼管（いわゆるＳＴＫＭ材（Carbon  Steel  Tubes  for  Machine  Structural  Purposes））等の一般的な鋼材等から形成される。
【００２２】
図２に示すように、ロアシャフト８５は、ユニバーサルジョイント８４を介して出力軸８２ｂに連結される部材である。ロアシャフト８５の一方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結される。また、ピニオンシャフト８７の一方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結され、ピニオンシャフト８７の他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。
【００２３】
図２に示すように、ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂと、を備える。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。ラック８８ｂは、タイロッド８９に連結される。
【００２４】
図２に示すように、操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、モータ９３と、を備える。モータ９３は、例えばブラシレスモータである。減速装置９２は、例えばウォーム減速装置である。モータ９３で生じたトルクは、減速装置９２の内部のウォームを介してウォームホイールに伝達され、ウォームホイールを回転させる。減速装置９２は、ウォーム及びウォームホイール（ウォームギヤ）によって、モータ９３で生じたトルクを増加させる。そして、減速装置９２は、出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式である。
【００２５】
ＥＣＵ９０は、モータ９３の動作を制御する装置である。イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置９９（例えば車載のバッテリ）からＥＣＵ９０に電力が供給される。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４、車速センサ９５及び回転検出部２３から信号を取得する。具体的には、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４から操舵トルクＴを取得する。ＥＣＵ９０は、車速センサ９５から車体の車速ＳＶを取得する。ＥＣＵ９０は、回転検出部２３から出力される情報を動作情報ＳＹとして取得する。ＥＣＵ９０は、モータ９３の取得した回転角度信号に基づく操舵トルクＴと車速ＳＶと動作情報ＳＹとに基づいて補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてモータ９３へ供給する電力値ＳＸを調節する。
【００２６】
ステアリングホイール８１に入力された操作者（運転者）の操舵力は、入力軸８２ａを介して操舵力アシスト機構８３の減速装置９２に伝わる。この時、ＥＣＵ９０は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９４から取得し、且つ車速ＳＶを車速センサ９５から取得する。そして、ＥＣＵ９０は、モータ９３の動作を制御する。モータ９３が作り出した補助操舵トルクは、減速装置９２に伝えられる。
【００２７】
出力軸８２ｂを介して出力された操舵トルク（補助操舵トルクを含む）は、ユニバーサルジョイント８４を介してロアシャフト８５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント８６を介してピニオンシャフト８７に伝達される。ピニオンシャフト８７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８８を介してタイロッド８９に伝達され、車輪を変位させる。
【００２８】
（トルクセンサ）
次に図３から図６を参照して、実施形態１に係る回転角度センサの組付け構造体３００及びこれを用いたトルクセンサ９４について説明する。図３は、実施形態１に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。図４は、実施形態１に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。図３に示す第１回転軸Ａｘ１は、第１シャフトとしての入力軸８２ａ及び第３シャフトとしての出力軸８２ｂの回転軸を示す。図３に示す第２回転軸Ａｘ２は、第２シャフトとしてのロアシャフト８５の回転軸を示す。トルクセンサ９４は、入力軸８２ａに伝達された操舵トルクＴを検出する。図３及び図４に示すように、トルクセンサ９４は、相対角度検出部１００と、トルク演算部２５と、を備える。
【００２９】
図３及び図４に示すように、相対角度検出部１００は、第１回転角度センサ１２と、第２回転角度センサ１３と、記憶部２４と、センサ演算部２００と、を備える。相対角度検出部１００は、第１回転角度センサ１２と第２回転角度センサ１３とが出力する信号に基づいて、入力軸８２ａと出力軸８２ｂとの相対的な角度である相対角度Δθｉｏを算出する相対角度検出装置である。相対角度検出部１００は、相対角度Δθｉｏをトルク演算部２５に出力する。図３に示すように、入力軸８２ａと出力軸８２ｂとは、トーションバー８２ｃによって連結されている。トーションバー８２ｃは、例えば、鋼材で形成された弾性部材である。
【００３０】
図３に示すように、第１回転角度センサ１２は、第１多極磁石１０と、基板１４と、第１磁気センサ１５と、を備える。
【００３１】
図３に示すように、第１多極磁石１０は、例えば、ラジアル方向に着磁されたリング形状の磁石である。第１多極磁石１０は、交互に配置されたＳ極及びＮ極を外周面に有する。第１多極磁石１０は、例えば、入力軸８２ａの回転軸と同軸となるように、入力軸８２ａの出力軸８２ｂ側の端部に取り付けられている。第１多極磁石１０の磁極数ｍは、例えば、２０であるがこれに限定されない。第１多極磁石１０には、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。
【００３２】
図５は、実施形態１に係る第１磁気センサ及び第２磁気センサが配置される第１平面を説明するための説明図である。図５に示す説明図は、第１平面Ｐ１と直交する方向から入力軸８２ａ、トーションバー８２ｃ、出力軸８２ｂ、ユニバーサルジョイント８４，８６、及びロアシャフト８５を見た概略側面図である。図５に示す位置Ａは、出力軸８２ｂの入力軸８２ａ側の端部の位置を示し、接続点Ｃとは異なる点である。図５に示す位置Ｂは、ロアシャフト８５のユニバーサルジョイント８６側の端部の位置を示し、接続点Ｃとは異なる点である。図５に示す接続点Ｃは、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの回転軸である第１回転軸Ａｘ１と、ロアシャフト８５の回転軸である第２回転軸Ａｘ２との交点である。図３及び図５に示す第１平面Ｐ１は、位置Ａと、位置Ｂと、接続点Ｃと、を含む平面である。図３に示すように、第１磁気センサ１５は、第１多極磁石１０の外周面に対向している。第１磁気センサ１５が配置される範囲は、第１多極磁石１０の磁束が検知できる範囲内であればよい。図５に示すように、第１磁気センサ１５は、位置Ａ、位置Ｂ及び接続点Ｃを含む第１平面Ｐ１上に位置するように、基板１４に配置されている。より詳細には、第１磁気センサ１５が第１平面Ｐ１上に位置するとは、第１磁気センサ１５の基準点（磁気検出素子の位置）が第１平面Ｐ１上に位置することである。基板１４は、例えば、車体に固定されている。第１磁気センサ１５は、例えば、ＡＭＲ（Anisotropic  Magneto  Resistance）素子で、磁束の向きの変化を検出できるＡＭＲセンサであるがこれに限定されない。第１磁気センサ１５は、磁束の向きの変化を検出できるセンサであればよい。第１磁気センサ１５は、例えば、スピンバルブセンサでもよい。スピンバルブセンサは、反強磁性層等で磁化の向きが固定された強磁性体のピン層と、強磁性体のフリー層とで非磁性層を挟んだ素子で、磁束の向きの変化を検出できるセンサである。スピンバルブセンサには、ＧＭＲ（Giant  Magneto  Resistance）センサ、ＴＭＲ（Tunnel  Magneto  Resistance）センサがある。また、第１磁気センサ１５は、例えば、円形垂直ホールセンサでもよい。円形垂直ホールセンサは、円周上に配置された複数のホール素子を内部に備え、磁束の向きの変化を検出できるセンサである。なお、ＡＭＲセンサの構造及び動作原理については、既知の技術であるので、説明を省略する。
【００３３】
図６は、実施形態１に係る第１磁気センサが出力する波形と磁極との関係を示す説明図である。図６に示す説明図は、第１磁気センサ１５と対向する第１多極磁石１０の磁極と、第１磁気センサ１５が出力する信号の波形の関係を示している。図６の横軸に示す入力軸機械角は、入力軸８２ａの機械角（回転角度）を示している。
【００３４】
図４及び図６に示すように、第１磁気センサ１５は、第１多極磁石１０が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｉｓ及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｉｓをセンサ演算部２００に出力する。第１多極磁石１０は、磁極数ｍが２０である。したがって、図６に示すように、第１多極磁石１０が１磁極分回転するとは、入力軸８２ａの機械角で１８度分回転することに相当する。
【００３５】
図３に示すように、第２回転角度センサ１３は、第２多極磁石１１と、基板１８と、第２磁気センサ１９と、を備える。第２多極磁石１１は、出力軸８２ｂの入力軸８２ａ側の端部に取り付けられ、出力軸８２ｂと同期して回転すること以外は、第１多極磁石１０と同様である。
【００３６】
図３に示すように、第２磁気センサ１９の位置は、第２多極磁石１１の外周面に対向し、且つ、第１平面Ｐ１上に位置するように、基板１８に配置されていること以外は、第１磁気センサ１５と同様である。第２磁気センサ１９が配置される範囲は、第２多極磁石１１の磁束が検知できる範囲内であればよい。基板１８は、例えば、車体に固定されている。
【００３７】
図４に示すように、第２磁気センサ１９は、第２多極磁石１１が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｏｓ及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｏｓをセンサ演算部２００に出力する。
【００３８】
なお、実施形態１に係る回転角度センサの組付け構造体３００は、ロアシャフト８５、ユニバーサルジョイント８４、出力軸８２ｂ、第２多極磁石１１、及び第２磁気センサ１９を含む。
【００３９】
記憶部２４は、センサ演算部２００から出力される情報を記憶する。記憶部２４は、後述する下記式（１）等の情報を記憶するメモリである。メモリとは、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）といった揮発性又は不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、及びＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）が該当する。
【００４０】
図４に示すように、センサ演算部２００は、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、差分演算部２０６と、を備える。
【００４１】
角度演算部２０２は、第１多極磁石１０が基準位置に位置する場合の第１磁気センサ１５と対向位置にある磁極を記憶部２４に記憶させる。第１多極磁石１０の基準位置とは、予め定められた第１多極磁石１０の位置である。具体的には、角度演算部２０２は、第１多極磁石１０が基準位置に位置する場合に、記憶部２４が記憶する磁極判定数ｎに０を代入する。
【００４２】
角度演算部２０２は、第１多極磁石１０が基準位置に位置する場合の第１磁気センサ基準角度θｉｂを式（１）によって算出する。ここで、式（１）に示した正弦波信号ｓｉｎθｉｓ及び余弦波信号ｃｏｓθｉｓは、第１多極磁石１０が基準位置に位置する場合の値とする。角度演算部２０２は、第１磁気センサ基準角度θｉｂを記憶部２４に記憶させる。
【００４３】
θｉｂ＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｉｓ／ｃｏｓθｉｓ）…（１）
【００４４】
角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉｓが正から負に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉｓが正である場合に、磁極判定数ｎに１を加算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉｓが負から正に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉｓが負である場合に、磁極判定数ｎに１を加算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉｓが負から正に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉｓが正である場合に、磁極判定数ｎから１を減算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉｓが正から負に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉｓが負である場合に、磁極判定数ｎから１を減算する。これによれば、角度演算部２０２は、第１多極磁石１０の回転方向に応じて、第１磁気センサ１５と対向する磁極が変わった回数をカウントすることができる。
【００４５】
角度演算部２０２は、第１回転角度θｉｓを、式（２）によって算出する。角度演算部２０２は、算出した第１回転角度θｉｓを差分演算部２０６に出力する。
【００４６】
θｉｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｉｓ／ｃｏｓθｉｓ）＋ｎ×１８０−θｉｂ…（２）
【００４７】
角度演算部２０４は、正弦波信号ｓｉｎθｏｓと余弦波信号ｃｏｓθｏｓとに基づいて、第２磁気センサ１９の対向位置に位置する磁極を記憶部２４に記憶させること、及び正弦波信号ｓｉｎθｏｓと余弦波信号ｃｏｓθｏｓとに基づいて第２回転角度θｏｓを算出して差分演算部２０６に出力すること以外は角度演算部２０２と同様である。なお、第２回転角度θｏｓの算出方法は、第１回転角度θｉｓの算出方法と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施形態の相対角度検出部１００は、角度演算部２０２とは別に、角度演算部２０４を備え、角度演算部２０２及び角度演算部２０４が、それぞれ機能する。上述した角度演算部２０４がなく、角度演算部２０２が角度演算部２０４の処理をしてもよい。あるいは、上述した角度演算部２０２がなく、角度演算部２０４が角度演算部２０２の処理をしてもよい。
【００４８】
差分演算部２０６は、第１回転角度θｉｓと第２回転角度θｏｓとに基づいて、入力軸８２ａと出力軸８２ｂとの相対的な角度差である相対角度Δθｉｏを算出する。具体的に、差分演算部２０６は、式（３）によって相対角度Δθｉｏを算出する。差分演算部２０６は、算出した相対角度Δθｉｏをトルク演算部２５に出力する。なお、式（３）に示した磁極数ｍは、第１多極磁石１０及び第２多極磁石１１の磁極数を示す。
【００４９】
Δθｉｏ＝（θｉｓ−θｏｓ）／ｍ…（３）
【００５０】
トルク演算部２５は、相対角度Δθｉｏに基づいて、操舵トルクＴを演算する。例えば、トルク演算部２５は、トーションバー８２ｃの特性によって決まる、相対角度Δθｉｏと操舵トルクＴとの関係を記憶している。トルク演算部２５は、差分演算部２０６から入力された相対角度Δθｉｏと、記憶された相対角度Δθｉｏと操舵トルクＴとの関係と、に基づいて操舵トルクＴを演算する。トルク演算部２５は、算出した操舵トルクＴをＥＣＵ９０に出力する。
【００５１】
次に、図７から図１０を参照して、ユニバーサルジョイント８４に生じる偶力Ｆ１，Ｆ２、及び偶力Ｆ１，Ｆ２によって生じる入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの変位について説明する。図７は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントを示す斜視図である。図８は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントを模式的に示す側面図である。図８に示す直線Ｌ０は、第１回転軸Ａｘ１から第１平面Ｐ１と直交する方向に引いた直線である。図８に示すギャップ方向４６は、第１磁気センサ１５と第１回転軸Ａｘ１とが近づく方向である。図８に示すギャップ直交方向４８は、ギャップ方向４６と直交する方向である。
【００５２】
図７及び図８に示すように、ユニバーサルジョイント８４は、ヨーク５０，５２と、十字軸自由継手５４と、を備える。ヨーク５０は、一方の端部がＵ字形状になっており、一対の対向するアーム部５６，５８が設けられている。ヨーク５０は、他方の端部がステアリングシャフト８２の出力軸８２ｂに固定されている。ヨーク５０は、ピンチボルト孔６０にピンチボルトを挿入することで出力軸８２ｂに固定される。アーム部５６，５８には、各々のアーム部５６，５８に対向して設けられた一対の軸受孔６２，６４が設けられている。図８に示すように、十字軸自由継手５４は、継手６６，６８，７０，７２を備える。継手６６，７０は、軸受孔６２，６４に軸受を介して回転可能に固定されている。図８に示す回転軸Ａｘ３は、継手６６及び継手７０の回転軸を示す。図８に示すトルクＴｍは、出力軸８２ｂからヨーク５０を介して継手６６，７０に加わるトルクを示す。
【００５３】
ヨーク５２は、一方の端部に設けられた一対のアーム部７４，７６が継手６８，７２に軸受を介して回転可能に固定されていること、及び他方の端部がロアシャフト８５に固定されていること以外は、ヨーク５０と同様である。なお、図８に示す回転軸Ａｘ４は、継手６８及び継手７２の回転軸を示す。
【００５４】
図９は、実施形態１に係るユニバーサルジョイントに生じる偶力を説明するための説明図である。図９に示すように、継手６６の端部である作用点Ｄ、及び継手７０の端部である作用点Ｅには、偶力Ｆ１，Ｆ２が第１回転軸Ａｘ１と平行な方向に生じる。偶力Ｆ１，Ｆ２は、出力軸８２ｂからヨーク５０を介して継手６６，７０に加わるトルクＴｍにより生じる。継手６６及び継手７０は、ヨーク５０を介して出力軸８２ｂに接続されている。出力軸８２ｂは、トーションバー８２ｃを介して入力軸８２ａに接続されている。したがって、偶力Ｆ１，Ｆ２は、ヨーク５０、出力軸８２ｂ、及び入力軸８２ａに対してモーメントＭを加える。モーメントＭは、回転軸Ａｘ３を回転軸として、ヨーク５０、出力軸８２ｂ、及び入力軸８２ａを回転させる力である。すなわち、モーメントＭは、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂを回転軸Ａｘ３方向に変位させる。
【００５５】
図１０は、実施形態１に係る出力軸に加わるモーメントとユニバーサルジョイントの回転角度との関係の一例を示す概念図である。図１０の縦軸は、継手６６，７０に加わるトルクＴｍが一定である場合のモーメントＭを示す。図１０の横軸は、直線Ｌ０と回転軸Ａｘ３とが成す角度である角度θ０（図８参照）を示す。図１０に示すように、モーメントＭは、角度θ０の値が９０度、又は２７０度の場合に、最大となる。回転軸Ａｘ３は、角度θ０が９０度又は２７０度の場合、第１平面Ｐ１内に位置する。すなわち、モーメントＭによる入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの変位は、回転軸Ａｘ３が第１平面Ｐ１内に位置する場合に最も大きくなる。また、モーメントＭによる入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの変位は、回転軸Ａｘ３が第１平面Ｐ１と直交する（θ０が０度又は１８０度の）場合に最も小さくなる。したがって、回転角度センサの組付け構造体３００は、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂがギャップ直交方向４８（第１平面Ｐ１と直交する方向）に変位することを抑制することができる。これによれば、回転角度センサの組付け構造体３００は、入力軸８２ａに固定された第１多極磁石１０及び出力軸８２ｂに固定された第２多極磁石１１がギャップ直交方向４８に変位することを抑制できる。その結果、回転角度センサの組付け構造体３００は、ギャップ直交方向４８において、第１多極磁石１０と第１磁気センサ１５とが相対的に変位することを抑制できる。さらに、回転角度センサの組付け構造体３００は、ギャップ直交方向４８において、第２多極磁石１１と第２磁気センサ１９とが相対的に変位することを抑制できる。
【００５６】
図１１は、第１多極磁石の磁束の向きを説明するための説明図である。図１１に示す説明図は、第１回転軸Ａｘ１方向から第１磁気センサ１５及び第１多極磁石１０を見た平面図の一部である。図１１に示すように、第１多極磁石１０の磁束（磁力線）１０ｍの向きは、ギャップ方向４６よりもギャップ直交方向４８に対して大きく変化する。一方、第１磁気センサ１５は、第１磁気センサ１５を貫通する磁束の向きに基づいて角度信号を出力する。そのため、該角度信号は、第１磁気センサ１５が第１多極磁石１０に対してギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差の影響が大きくなる。また、第２磁気センサ１９が出力する角度信号は、第１磁気センサ１５と同様の理由により、第２磁気センサ１９が第２多極磁石１１に対してギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差の影響が大きくなる。上述したように、回転角度センサの組付け構造体３００は、第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１９が対向する磁石に対してギャップ直交方向４８に相対変位することを抑制できる。したがって、回転角度センサの組付け構造体３００は、第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１９が出力する角度信号の誤差を低減することができる。その結果、角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５が出力する誤差が低減された角度信号に基づいて、高い精度で第１回転角度θｉｓを算出できる。また、角度演算部２０２は、第２磁気センサ１９が出力する誤差が低減された角度信号に基づいて、高い精度で第２回転角度θｏｓを算出できる。したがって、回転角度センサの組付け構造体３００を用いた相対角度検出部１００は、第１回転角度θｉｓと第２回転角度θｏｓとの相対角度Δθｉｏを高い精度で算出することができる。また、トルクセンサ９４は、相対角度Δθｉｏに基づいて、操舵トルクＴを高い精度で算出することができる。
【００５７】
（実施形態２）
図１２は、実施形態２に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。実施形態２に係るトルクセンサ９４ａは、相対角度検出部１００に代えて相対角度検出部１００ａを備えていること以外は、トルクセンサ９４と同様である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５８】
相対角度検出部１００ａは、第１回転角度センサ１２に代えて第１回転角度センサ１２ａを備えていること、及び第２回転角度センサ１３に代えて第２回転角度センサ１３ａを備えていること以外は、相対角度検出部１００と同様の相対角度検出装置である。
【００５９】
図１２に示すように、第１回転角度センサ１２ａは、第１回転角度センサ１２に代えて、第１磁気センサ１５ａを備えていること以外は第１回転角度センサ１２と同様である。第１磁気センサ１５ａは、第１多極磁石１０の外周面に対向し、且つ、第２平面Ｐ２上に位置するように、基板１４に配置されていること以外は、第１磁気センサ１５と同様である。第２平面Ｐ２については、詳細に後述する。ここで、第１磁気センサ１５ａが配置される範囲は、第１多極磁石１０の磁束が検知できる範囲内であればよい。
【００６０】
図１２に示すように、第２回転角度センサ１３ａは、第２磁気センサ１９に代えて、第２磁気センサ１９ａを備えていること以外は第２回転角度センサ１３と同様である。第２磁気センサ１９ａは、第２多極磁石１１の外周面に対向し、且つ、第２平面Ｐ２上に位置するように、基板１８に配置されていること以外は、第２磁気センサ１９と同様である。ここで、第２磁気センサ１３ａが配置される範囲は、第２多極磁石１１の磁束が検知できる範囲内であればよい。
【００６１】
図１３は、実施形態２に係る第１磁気センサ及び第２磁気センサが配置される第２平面を説明するための説明図である。図１３に示す説明図は、第２平面Ｐ２と直交する方向から入力軸８２ａ、トーションバー８２ｃ、出力軸８２ｂ、ユニバーサルジョイント８４、ロアシャフト８５、減速装置９２、及びモータ９３を見た概略側面図である。図１４は、実施形態２に係るウォーム及びウォームホイールの部分断面図である。図１４は、減速装置９２、モータ９３、出力軸８２ｂ、第２多極磁石１１、第２磁気センサ１９ａ、及び基板１８以外の構成要素を省略して記載している。
【００６２】
図１３及び図１４に示すように、減速装置９２は、ウォームホイール９６と、ウォーム９７と、玉軸受１０２ａと、玉軸受１０２ｂと、減速装置ハウジング１０４とを備える。図１３に示す位置Ａは、出力軸８２ｂの入力軸８２ａ側の端部の位置を示し、接続点Ｃとは異なる点である。図１３に示すギヤ噛み合い点Ｇは、ウォーム９７の一部に形成されたウォーム歯９７ａとウォーム９６に形成されているウォームホイール歯９６ａとが接触する位置を示している。図１３に示すギヤ噛み合い点Ｇは、第２平面Ｐ２と直交する方向からみると点として見えるが、本実施形態においてギヤ噛み合い点Ｇは、ウォーム歯９７ａとウォームホイール歯９６ａとの実際の噛み合う範囲を含んでいる。ギヤ噛み合い点Ｇは、ウォーム歯９７ａとウォームホイール歯９６ａとの実際の噛み合う範囲の一部としてもよい。第１磁気センサ１５ａは、接続点Ｃと、位置Ａを含む第１回転軸Ａｘ１と、ギヤ噛み合い点Ｇと、を含む第２平面Ｐ２上に位置するように、配置されている。
【００６３】
図１４に示すように、ウォームホイール９６は、減速装置ハウジング１０４に回転自在に保持される。ウォーム９７は、モータ９３のシャフト９１にスプライン、又は弾性カップリングで結合する。ウォーム９７は、玉軸受１０２ａ及び玉軸受１０２ｂを介して減速装置ハウジング１０４に回転可能に固定されている。ウォーム９７の一部に形成されたウォーム歯９７ａは、ウォームホイール９６に形成されているウォームホイール歯９６ａに噛み合う。
【００６４】
モータ９３の回転駆動力は、ウォーム９７を介してウォームホイール９６に伝達される。減速装置９２は、ウォームホイール９６及びウォーム９７によって、モータ９３のトルクを増加する。ウォームホイール９６及びウォーム９７によって増加されたトルクは、補助操舵トルクとして、出力軸８２ｂに伝達される。図１３及び図１４に示す第２平面Ｐ２は、位置Ａと、接続点Ｃと、ギヤ噛み合い点Ｇと、を含む平面である。
【００６５】
なお、実施形態２に係る回転角度センサの組付け構造体３００ａは、ウォームホイール９６、ウォーム９７、出力軸８２ｂ、第２多極磁石１１、及び第２磁気センサ１９を含む。
【００６６】
次に、図１３及び図１４を参照して、出力軸８２ｂが減速装置９２から受ける力Ｆ３、及び力Ｆ３による入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの変位について説明する。
【００６７】
図１３及び図１４に示すように、ウォームホイール９６には、ウォーム９７からギヤ反力Ｎが加わる。ギヤ反力Ｎは、モータ９３からシャフト９１及びウォーム９７を介してウォームホイール９６へ伝わる回転駆動力によって生じる。ギヤ反力Ｎは、ギヤ噛み合い点Ｇから第１回転軸Ａｘ１へ降ろした垂線方向（ギャップ方向４６）へ加わる。ウォームホイール９６は、ウォーム９７から受けたギヤ反力Ｎを力Ｆ３として出力軸８２ｂに加える。力Ｆ３は、ギヤ反力Ｎと同じ方向に加わる。また、ギャップ方向４６は、第２平面Ｐ２に含まれる。これによれば、力Ｆ３は、第２平面Ｐ２と直交する成分を有さない。出力軸８２ｂは、トーションバー８２ｃを介して入力軸８２ａに接続されている。したがって、力Ｆ３は、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂに対して、第２平面Ｐ２と直交する方向（ギャップ直交方向４８）に力を加えない。これによれば、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂが第２平面Ｐ２と直交する方向に変位することを抑制することができる。これにより、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、入力軸８２ａに固定された第１多極磁石１０及び出力軸８２ｂに固定された第２多極磁石１１がギャップ直交方向４８に変位することを抑制できる。その結果、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、第１多極磁石１０と第１磁気センサ１５ａとがギャップ直交方向４８に相対変位することを抑制できる。さらに、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、第２多極磁石１１と第２磁気センサ１９ａとが、ギャップ直交方向４８に相対変位することを抑制できる。
【００６８】
実施形態１に係る第１磁気センサ１５同様に、第１磁気センサ１５ａが出力する角度信号は、第１磁気センサ１５ａが第１多極磁石１０に対してギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差の影響が大きくなる。実施形態１に係る第２磁気センサ１９同様に、第２磁気センサ１９ａが出力する角度信号は、第２磁気センサ１９ａが第２多極磁石１１に対してギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差の影響が大きくなる。上述したように、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、第１磁気センサ１５ａ及び第２磁気センサ１９ａが対向する磁石に対してギャップ直交方向４８に相対変位することを抑制できる。したがって、回転角度センサの組付け構造体３００ａは、第１磁気センサ１５ａ及び第２磁気センサ１９ａが出力する角度信号の誤差を低減することができる。その結果、角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５ａが出力する誤差が低減された角度信号に基づいて、高い精度で第１回転角度θｉｓを算出できる。また、角度演算部２０２は、第２磁気センサ１９ａが出力する誤差が低減された角度信号に基づいて、高い精度で第２回転角度θｏｓを算出できる。したがって、回転角度センサの組付け構造体３００ａを用いた相対角度検出部１００ａは、第１回転角度θｉｓと第２回転角度θｏｓとの相対角度Δθｉｏを高い精度で算出することができる。また、トルクセンサ９４ａは、相対角度Δθｉｏに基づいて、操舵トルクＴを高い精度で算出することができる。
【００６９】
（実施形態３）
図１５は、実施形態３に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。実施形態３に係るトルクセンサ９４ｂは、第１ギヤ２６ｂ、第２ギヤ２８ｂ、磁石３０ｂ、及びアングル磁気センサ３２ｂを備え、センサ演算部２００に代えてセンサ演算部２００ｂを備える点で、上述したトルクセンサ９４とは異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７０】
図１６は、実施形態３に係るアングル磁気センサと磁石との位置関係を説明するための平面図である。図１５及び図１６に示すように、第１ギヤ２６ｂは、入力軸８２ａに取り付けられている。第１ギヤ２６ｂは、入力軸８２ａと同期して回転する。
【００７１】
図１５に示すように、第２ギヤ２８ｂは、回転軸Ａｘ５を回転軸として回転可能に固定されている。第２ギヤ２８ｂは、例えば、車体に固定されている。図１５及び図１６に示すように、第２ギヤ２８ｂは、第１ギヤ２６ｂと噛み合うように配置されている。第２ギヤ２８ｂは、第１ギヤ２６ｂと連動して回転する。第２ギヤ２８ｂに対する第１ギヤ２６ｂのギヤ比は、例えば、３である。つまり、第１ギヤ２６ｂが１回転した場合に、第２ギヤ２８ｂは、３回転する。
【００７２】
図１５及び図１６に示すように、磁石３０ｂは、円柱形状の永久磁石である。磁石３０ｂは、磁石３０ｂの径方向に着磁されている。磁石３０ｂは、第２ギヤ２８ｂの内側に配置されている。磁石３０ｂは、回転軸Ａｘ５を回転軸として第２ギヤ２８ｂと同期して回転する。磁石３０ｂには、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。なお、磁石３０ｂの着磁パターンは、アングル磁気センサ３２ｂが磁石３０ｂの回転を検出できるパターンであればよい。
【００７３】
図１７は、実施形態３に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。図１５及び図１６に示すように、アングル磁気センサ３２ｂは、回転軸Ａｘ５上に配置されている。アングル磁気センサ３２ｂは、磁石３０ｂの上面に対向して配置されている。アングル磁気センサ３２ｂは、例えば、車体に固定されている。図１７に示すように、アングル磁気センサ３２ｂは、磁石３０ｂが１回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθａｎ及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθａｎをセンサ演算部２００ｂに出力する。アングル磁気センサ３２ｂは、例えば、スピンバルブセンサであるがこれに限定されない。アングル磁気センサ３２ｂは、例えば、ＡＭＲセンサ、及び円形垂直ホールセンサでもよい。
【００７４】
図１７に示すように、センサ演算部２００ｂは、θａｎ演算部２０８ｂを備えていること以外は、センサ演算部２００と同様である。
【００７５】
θａｎ演算部２０８ｂは、アングル磁気センサ検出角度θａｎを、式（４）によって算出する。
【００７６】
θａｎ＝ａｒｃｔａｎ｛ｓｉｎθａｎ／ｃｏｓθａｎ｝…（４）
【００７７】
図１８は、実施形態３に係る第１回転角度及びアングル磁気センサ検出角度と第１多極磁石の磁極との関係を示す説明図である。図１８の横軸に示す入力軸機械角は、入力軸８２ａの機械角（回転角度）を示す。図１８の上段に示す電気角は、第１磁気センサ１５が検出する第１回転角度θｉｓを示す。図１８の下段に示す電気角は、アングル磁気センサ３２ｂが検出するアングル磁気センサ検出角度θａｎを示す。なお、図１８の上部に示す第１多極磁石１０は、便宜上、磁極数ｍを８としている。図１８を参照して、第１多極磁石１０の磁極数ｍが８である場合に、θａｎ演算部２０８ｂが入力軸８２ａの回転数を算出する方法の一例について説明する。磁石３０ｂは、第２ギヤ２８ｂに対する第１ギヤ２６ｂのギヤ比が３であることから、入力軸８２ａが３６０度回転した場合に１０８０度回転する。アングル磁気センサ３２ｂは、磁石３０ｂが３６０度回転した場合に１周期の信号を出力する。したがって、図１８に示すように、アングル磁気センサ検出角度θａｎは、入力軸８２ａの機械角で１２０度の周期を有する。
【００７８】
第１回転角度θｉｓは、第１磁気センサ１５の対向位置にある磁極が１磁極対分変化するごとに１周期の信号を出力する。したがって、図１８に示すように、第１回転角度θｉｓは、入力軸８２ａの機械角で９０度の周期を有する。以上より、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１回転角度θｉｓとは、入力軸８２ａの機械角で、３６０度毎に位相（電気角）が一致する。すなわち、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１回転角度θｉｓとは、入力軸８２ａが１回転する毎に位相が一致する。θａｎ演算部２０８ｂは、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１回転角度θｉｓとの位相が一致した場合に、第１多極磁石１０の回転方向に応じて記憶部２４に記憶された入力軸回転数ｎｂに１を加算、又は減算する。これによれば、θａｎ演算部２０８ｂは、入力軸８２ａが１回転を超えて回転した場合でも、入力軸８２ａの回転数をカウント（多回転検知）することができる。
【００７９】
なお、第２実施形態に係るトルクセンサ９４ｂは、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１回転角度θｉｓとのバーニア演算により、入力軸回転数ｎｂを算出してもよい。この場合、アングル磁気センサ検出角度θａｎの周期と第１回転角度θｉｓの周期とが異なる値となるように、適宜磁極数ｍ及び第１ギヤ２６ｂに対する第２ギヤ２８ｂのギヤ比を選択すればよい。第１ギヤ２６ｂに対する第２ギヤ２８ｂのギヤ比は、例えば、２を磁極数ｍで除した値と異なっていればよい。これによれば、アングル磁気センサ検出角度θａｎの周期と第１回転角度θｉｓの周期とを異なった値にすることができる。その結果、バーニア演算により、入力軸回転数ｎｂを算出することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０  第１多極磁石
１１  第２多極磁石
１２，１２ａ  第１回転角度センサ
１３，１３ａ  第２回転角度センサ
１５，１５ａ  第１磁気センサ
１９，１９ａ  第２磁気センサ
２５  トルク演算部
２６ｂ  第１ギヤ
２８ｂ  第２ギヤ
３０ｂ  磁石
３２ｂ  アングル磁気センサ
８０  電動パワーステアリング装置
８１  ステアリングホイール
８２  ステアリングシャフト
８２ａ  入力軸（第１シャフト）
８２ｂ  出力軸（第３シャフト）
８２ｃ  トーションバー
８４，８６  ユニバーサルジョイント
８５  ロアシャフト（第２シャフト）
９０  ＥＣＵ（モータ制御装置）
９２  減速装置
９３  モータ
９４，９４ａ，９４ｂ  トルクセンサ
９５  車速センサ
９６  ウォームホイール
９７  ウォーム
９８  イグニッションスイッチ
９９  電源装置
１００，１００ａ  相対角度検出部（相対角度検出装置）
１０１  車両
２００，２００ｂ  センサ演算部
Ｐ１  第１平面
Ｐ２  第２平面
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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