(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に異なる磁極が交互に等配され且つ前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転する第１多磁極リング及び第２多磁極リングと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１多磁極リング及び第２多磁極リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力する第１回転角度センサ及び第２回転角度センサと、前記第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えた相対角度検出装置。
【請求項２】
前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項３】
前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項４】
前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１磁気センサと第２磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項５】
前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２磁気センサからなり、前記第１磁気センサと第２磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項６】
同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に凹凸が交互に等配され且つ前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転する磁性体の第１凹凸リング及び第２凹凸リングと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１凹凸リング及び第２凹凸リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力する第１回転角度センサ及び第２回転角度センサと、前記第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えた相対角度検出装置。
【請求項７】
前記第１回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングの凹凸と第２凹凸リングの凹凸とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項６に記載の相対角度検出装置。
【請求項８】
前記第１回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングと第２凹凸リングとを当該第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した請求項６に記載の相対角度検出装置。
【請求項９】
同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々に取付けられ且つ外周に複数歯を等配に有し且つ第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で互いに電気角度９０°分だけ移相させて配置された第１ロータ及び第２ロータと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１ロータ及び第２ロータを覆い且つ複数の極が等配に形成され且つ前記各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記コイルに励磁信号を供給する励磁信号供給手段と、前記励磁信号が供給されたときのコイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を夫々、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、Ｚ＝（Ａ−Ｃ）2＋（Ｂ−Ｄ）2で得られる二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えた相対角度検出装置。
【請求項１０】
前記相対角度検出部は、前記コイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を夫々独立した二系統取出し、夫々の系統毎に得られる前記二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を二系統検出する請求項９に記載の相対角度検出装置。
【請求項１１】
前記請求項１乃至１０の何れか一項に記載の相対角度検出装置によりトーションバーで連結された二軸の相対角度を検出し、その相対角度から２軸に生じるトルクを算出するトルク算出部を備えたトルクセンサ。
【請求項１２】
前記請求項１１に記載のトルクセンサをトーションバーで連結されたインプットシャフト及びアウトプットシャフトに取付けて当該インプットシャフト及びアウトプットシャフトに生じるトルクを検出する電動パワーステアリング装置。
【請求項１３】
前記請求項１１に記載のトルクセンサを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対角度検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関するものであり、例えば車両の電動パワーステアリング装置のインプットシャフトとアウトプットシャフトに生じるトルクを検出するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
このような回転状態検出装置としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１では、回転角度センサとしてレゾルバを用い、レゾルバに正弦波信号を入力し、各コイルから出力されるｓｉｎ相信号とｃｏｓ相信号から回転角を算出する。そして、ｓｉｎ相の二乗和及びｃｏｓ相の二乗和を求め、それらの双方が閾値以下である場合にレゾルバに天絡又は地絡の故障が発生したと判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２３０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、同軸上の２つの軸の相対角度を磁石及び磁気センサの最小構成で検出しようとする場合、２つの軸が連れ回り、つまり一緒に回転した場合の影響を回避するためには、磁気センサは一方の軸と共に回転しなければ相対角度情報を得ることが困難である。例えば電動パワーステアリング装置では、トーションバーを介して同軸に連結されたステアリングシャフトのインプットシャフトとアウトプットシャフトが連れ回りするため、両者の相対角度を磁石及び磁気センサで検出する場合には磁気センサのハーネスにカールワイヤなどを用いる必要がある上に、ハーネスの噛み込みのトラブルや伸縮・捻れなどによる耐久性を十分考慮する必要があり、安全性を確保するためのコストが大きい。また、集磁ヨークなどの組合せによるセンサ側固定方法などがあるが、集磁ヨークには複雑な構成が必要であり、部品点数の増大、生産性などからコストが大きい。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、構成の簡潔な相対角度検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の相対角度検出装置は、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に異なる磁極が交互に等配され且つ前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転する第１多磁極リング及び第２多磁極リングと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１多磁極リング及び第２多磁極リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力する第１回転角度センサ及び第２回転角度センサと、前記第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１磁気センサと第２磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記第１回転角度センサは第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２磁気センサからなり、前記第１磁気センサと第２磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に凹凸が交互に等配され且つ前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転する磁性体の第１凹凸リング及び第２凹凸リングと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１凹凸リング及び第２凹凸リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力する第１回転角度センサ及び第２回転角度センサと、前記第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記第１回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングの凹凸と第２凹凸リングの凹凸とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記第１回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第２回転角度センサは磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサからなり、前記第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、前記第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングと第２凹凸リングとを当該第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１回転軸及び第２回転軸の夫々に取付けられ且つ外周に複数歯を等配に有し且つ第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で互いに電気角度９０°分だけ移相させて配置された第１ロータ及び第２ロータと、前記第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられ且つ前記第１ロータ及び第２ロータを覆い且つ複数の極が等配に形成され且つ前記各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記コイルに励磁信号を供給する励磁信号供給手段と、前記励磁信号が供給されたときのコイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を夫々、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、Ｚ＝（Ａ−Ｃ）2＋（Ｂ−Ｄ）2で得られる二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する相対角度検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記相対角度検出部は、前記コイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を夫々独立した二系統取出し、夫々の系統毎に得られる前記二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を二系統検出することを特徴とするものである。
また、本発明のトルクセンサは、前記相対角度検出装置によりトーションバーで連結された二軸の相対角度を検出し、その相対角度から２軸に生じるトルクを算出するトルク算出部を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記トルクセンサをトーションバーで連結されたインプットシャフト及びアウトプットシャフトに取付けて当該インプットシャフト及びアウトプットシャフトに生じるトルクを検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
而して、本発明の相対角度検出装置によれば、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に異なる磁極が交互に等配された第１多磁極リング及び第２多磁極リングを１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転するように設け、第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられた第１回転角度センサ及び第２回転角度センサで第１多磁極リング及び第２多磁極リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力し、第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する構成としたため、簡潔な構成で第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を正確に検出することが可能となる。
【００１７】
また、第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサで第１回転角度センサを構成し、第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００１８】
また、第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサで第１回転角度センサを構成し、第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００１９】
また、第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサで第１回転角度センサを構成し、第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２ｃｏｓ磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングの磁極と第２多磁極リングの磁極とに位相ずれがなく、第１磁気センサと第２磁気センサとを第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００２０】
また、第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第１磁気センサで第１回転角度センサを構成し、第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の二相の出力信号を出力する一つの第２磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１磁気センサと第２磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１多磁極リングと第２多磁極リングとを当該第１多磁極リング及び第２多磁極リングの磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００２１】
また、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、周方向に凹凸が交互に等配された磁性体の第１凹凸リング及び第２凹凸リングを第１回転軸及び第２回転軸の夫々と同期回転するように設け、第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられた第１回転角度センサ及び第２回転角度センサで第１凹凸リング及び第２凹凸リングの夫々の回転角度を検出して互いに位相の９０°ずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力し、第１回転角度センサの第１ｓｉｎ信号と第２回転角度センサの第２ｓｉｎ信号との加算ＳＩＮ信号及び第１回転角度センサの第１ｃｏｓ信号と第２回転角度センサの第２ｃｏｓ信号との加算ＣＯＳ信号を生成し、加算ＳＩＮ信号及び加算ＣＯＳ信号の夫々の二乗値を加算した二乗値加算値Ｚから第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する構成としたため、簡潔な構成で第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を正確に検出することが可能となる。
【００２２】
また、磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサで第１回転角度センサを構成し、磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングの凹凸と第２凹凸リングの凹凸とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとを第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００２３】
また、磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサで第１回転角度センサを構成し、磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサで第２回転角度センサを構成し、第１ｓｉｎ磁気センサと第２ｓｉｎ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、第１ｃｏｓ磁気センサと第２ｃｏｓ磁気センサとは第１回転軸及び第２回転軸の周方向に位相ずれがなく、第１回転軸と第２回転軸とに相対角度のない状態で第１凹凸リングと第２凹凸リングとを当該第１凹凸リング及び第２凹凸リングの凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置したことにより、二乗値加算値Ｚが第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向に応じて１：１に変化するので、第１回転軸及び第２回転軸の相対角度及び移相方向を正確に検出することができる。
【００２４】
また、同軸上に配置されている第１回転軸と第２回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、外周に複数歯を有する第１ロータ及び第２ロータを互いに電気角度で９０°分だけ移相させて第１回転軸及び第２回転軸の夫々に取付け、第１回転軸とも第２回転軸とも同期回転しない固定部位に設けられた複数極のコイルを有するステータで第１ロータ及び第２ロータを覆い、励磁信号を供給したときのコイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を夫々、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、Ｚ＝（Ａ−Ｃ）2＋（Ｂ−Ｄ）2で得られる二乗値加算値Ｚから第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を検出する構成としたため、簡潔な構成で第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を正確に検出することが可能となる。
【００２５】
また、コイルの＋ＳＩＮ信号、＋ＣＯＳ信号、−ＳＩＮ信号、−ＣＯＳ信号の４相の出力信号を二系統取出し、夫々の系統毎に得られる二乗値加算値Ｚから前記第１回転軸及び第２回転軸の相対角度を二系統検出する構成としたため、異常発生時のフェールセーフを講じることが可能となる。
また、本発明のトルクセンサによれば、相対角度検出装置で検出された二軸の相対角度からトーションバーに生じている捻り力、即ち第１回転軸及び第２回転軸に生じるトルクを算出することで、トルクを高精度に検出することができる。
【００２６】
また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサで高精度に検出されたトルクを用いてより高精度なアシストトルク制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の相対角度検出装置及びトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の相対回転角度検出センサ部の一例を示す構成図である。
【図３】図２の相対角度検出センサ部の磁気センサと磁極のレイアウトの一例を示す説明図である。
【図４】図２の相対角度検出センサ部の磁気センサと磁極のレイアウトの他の例を示す説明図である。
【図５】図２の相対角度検出センサ部の磁気センサと磁極のレイアウトの更に他の例を示す説明図である。
【図６】図２の相対角度検出センサ部に設けられた相対角度算出部検出部及びトルク算出部の構成図である。
【図７】図２の相対角度検出センサ部の出力信号の説明図である。
【図８】図２の相対角度検出センサ部の出力信号から求めた加算ＳＩＮ信号、加算ＣＯＳ信号、二乗値加算値Ｚの説明図である。
【図９】図２の相対角度検出センサ部の出力信号から求めた加算ＳＩＮ信号、加算ＣＯＳ信号、二乗値加算値の説明図である。
【図１０】相対角度と二乗値加算値の説明図である。
【図１１】相対角度と二乗値加算値の説明図である。
【図１２】図１の電動パワーステアリング装置の相対回転角度検出センサ部の他の例を示す構成図である。
【図１３】図１２の相対角度検出センサ部に設けられた相対角度算出部検出部及びトルク算出部の構成図である。
【図１４】図１の電動パワーステアリング装置の相対角度検出センサ部及び相対角度算出部及びトルク算出部の更に他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、本発明の相対角度検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成図である。図中の符号１は、ステアリングシャフト２の車両後方端部に取付けられたステアリングホイールである。ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１が取付けられるインプットシャフト（第１回転軸）２ａと、トーションバー２ｃ（図２参照）を介してインプットシャフト２ａに連結されたアウトプットシャフト（第２回転軸）２ｂを備えて構成される。
【００２９】
ステアリングシャフト２のアウトプットシャフト２ｂの下端部にはユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５が連結され、中間シャフト５の車両前方端部にはユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７が連結される。ピニオンシャフト７にはピニオン８ａが連結され、ピニオン８ａはラック８ｂと噛合し、ラック８ｂにはタイロッド９が連結されている。このピニオン８ａとラック８ｂでラックアンドピニオン形式のステアリングギヤ機構８が構成され、ステアリングホイール１からステアリングシャフト２、中間シャフト５、ピニオンシャフト７に伝達された操舵に伴う回転運動をタイロッド９の直進運動に変換する。
【００３０】
ステアリングシャフト２のアウトプットシャフト２ｂには、アシストトルク（操舵補助力）を付与するアシストトルク機構１０が設けられている。このアシストトルク機構１０は、アウトプットシャフト２ｂに連結した減速ギヤ機構１１と、この減速ギヤ機構１１に連結されてアシストトルクを発生する電動モータ１２を備えて構成される。電動モータ１２には、例えばブラシレス電動モータなどが採用される。
【００３１】
ステアリングシャフト２には、後段に詳述するトルクセンサ３１が設けられ、このトルクセンサ３１で検出した操舵トルクＴと走行速度センサ３２で検出した走行速度Ｖに基づいてコントローラ３３内のモータ駆動部３４でアシストトルク電流指令値を算出し、算出したアシストトルク電流指令値とモータ駆動電流の差分値を例えば比例−微分制御して電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値に基づいてモータ駆動電圧を制御することにより、モータ電流を電動モータ１２に供給してアシストトルクを発生する。このアシストトルクは減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト２のアウトプットシャフト２ｂに伝達され、これによりステアリングホイール１を軽く操舵することができる。
【００３２】
図２は、トルクセンサ３１に設けられた相対角度検出センサ部の構成図である。本実施形態のトルクセンサ３１は、インプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの相対角度を検出し、その相対角度からトーションバー２ｃに加えられる捻り力、即ちインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂに生じているトルクを算出する。トーションバーで連結される二軸の相対角度が得られれば、トーションバーの断面二次極モーメント、横弾性係数、長さ、径などを用いて周知の算出方法によってトルクを算出することができる。
【００３３】
本実施形態では、インプットシャフト２ａのアウトプットシャフト２ｂ側端部（理想的にはトーションバー２ｃの連結位置）にインプットシャフト用の第１多磁極リング１３を当該インプットシャフト２ａと同期回転可能に取付け、アウトプットシャフト２ｂのインプットシャフト２ａ側端部（理想的にはトーションバー２ｃの連結位置）にアウトプットシャフト用の第２多磁極リング１４を当該アウトプットシャフト２ｂと同期回転可能に取付ける。また、第１多磁極リング１３の径方向外側には、当該第１多磁極リング１３の回転角度を検出する第１回転角度センサ１５を設け、第２多磁極リング１４の径方向外側には、当該第２多磁極リング１４の回転角度を検出する第２回転角度センサ１６を設ける。
【００３４】
図３ａは、図２の相対角度検出センサ部を模式的に示したものであり、図３ｂ、図３ｃには、図３ａのＡ断面、Ｂ断面の異なるレイアウトの例を示している。第１多磁極リング１３、第２多磁極リング１４は、例えば図に網がけしてある部分がＮ極、網がけのない部分がＳ極といったように、周方向に異なる磁極が交互に等配されている。この第１多磁極リング１３、第２多磁極リング１４は、例えば磁性体リングを等間隔に一方の磁極に着磁することで得られる。なお、本実施形態では、第１多磁極リング１３、第２多磁極リング１４の外周面の部位を異なる磁極に着磁しているが、リングの軸線方向端面を周方向に交互に異なる磁極に着磁してもよい。また、第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４は、夫々、インプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂと一体であってもよい。
【００３５】
第１回転角度センサ１５、第２回転角度センサ１６は、第１回転軸であるインプットシャフト２ａとも第２回転軸であるアウトプットシャフト２ｂとも同期回転しない固定部位に設けられている。第１回転角度センサ１５、第２回転角度センサ１６は、夫々、第１多磁極リング１３、第２多磁極リング１４の回転角度に応じて互いに９０°位相のずれたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力するものである必要がある。本実施形態の第１多磁極リング１３、第２多磁極リング１４は周方向に交互に異なる磁極に着磁されているので、例えば第１回転角度センサ１５、第２回転角度センサ１６には、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistance effect）センサなどを用いてｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号を出力することができる。
【００３６】
ＭＲセンサが、ホール素子のように１出力の磁気センサである場合、例えば磁気センサを電気角度で９０°分移相すれば、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を出力することができる。また、本実施形態では、後述する理由により、第１回転角度センサ１５と第２回転角度センサ１６が、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂに相対角度のない状態で、予め９０°電気角度分移相しているように構成する。図３は、一つの多磁極リングに対して回転角度センサに１出力の磁気センサを二つずつ用い、更に回転角度センサ同士の出力が互いに９０°電気角度分移相するようにしたレイアウトである。
【００３７】
例えば、符号１７を第１多磁極リング１３の回転角度に応じて第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ、符号１８を第１多磁極リング１３の回転角度に応じて第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサ、符号１９を第２多磁極リング１４の回転角度に応じて第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ、符号２０を第２多磁極リング１４の回転角度に応じて第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサとする。図３ｂは、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１多磁極リング１３の磁極と第２多磁極リングの磁極１４とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサ１７と第２ｓｉｎ磁気センサ１９とを第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４の磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサ１８と第２ｃｏｓ磁気センサ２０とを第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４の磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。一方、図３ｃは、第１ｓｉｎ磁気センサ１７と第２ｓｉｎ磁気センサ１９とはインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、第１ｃｏｓ磁気センサ１８と第２ｃｏｓ磁気センサ２０とはインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１多磁極リング１３と第２多磁極リング１４とを当該第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４の磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。
【００３８】
また、前記第１回転角度センサ１５や第２回転角度センサ１６には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance effect）センサのように、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の２相２出力の磁気センサを用いることもできる。図４は、第１回転角度センサ１５に第１ｓｉｎ信号及び第１ｃｏｓ信号の２相２出力の第１磁気センサ２１を用い、第２回転角度センサ１６に第２ｓｉｎ信号及び第２ｃｏｓ信号の２相２出力の第２磁気センサ２２を用いた。夫々の断面は、前記図３ａの断面と同じである。図４ａは、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１多磁極リング１３の磁極と第２多磁極リング１４の磁極とに位相ずれがなく、第１磁気センサ２１と第２磁気センサ２２とを第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４の磁極ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。また、図４ｂは、第１磁気センサ２１と第２磁気センサ２２とはインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１多磁極リング１３と第２多磁極リング１４とを当該第１多磁極リング１３及び第２多磁極リング１４の磁気ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。
【００３９】
また、多磁極リングに代えて、周方向に凹凸が交互に等配された磁性体の凹凸リングを用いることもできる。この場合、ホール素子などの単独の磁気センサでは凹凸リングの凹凸を検出してｓｉｎ信号やｃｏｓ信号を出力することができないので、磁石を搭載したホール素子からなる磁気センサを用い、磁性体凹凸リングの凹凸が近づいたり遠ざかったりするときの磁束変化をホール素子で検出する。図５では、インプットシャフト２ａの外周に第１凹凸リング２３を取付け、アウトプットシャフト２ｂの外周に第２凹凸リング２４を取付け、第１凹凸リング２３の回転角度を検出する第１回転角度センサ１５に、磁石を搭載したホール素子によって第１ｓｉｎ信号を出力する第１ｓｉｎ磁気センサ２５及び第１ｃｏｓ信号を出力する第１ｃｏｓ磁気センサ２６を用い、第２凹凸リング２４の回転角度を検出する第２回転角度センサ１６に、磁石を搭載したホール素子によって第２ｓｉｎ信号を出力する第２ｓｉｎ磁気センサ２７及び第２ｃｏｓ信号を出力する第２ｃｏｓ磁気センサ２８を用いた。図の断面は、前記図３ａの断面と同じである。なお、第１凹凸リング２３及び第２凹凸リング２４は、夫々、インプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂと一体であってもよい。
【００４０】
図５ａは、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１凹凸リング２３の凹凸と第２凹凸リング２４の凹凸とに位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサ２５と第２ｓｉｎ磁気センサ２７とを第１凹凸リング２３及び第２凹凸リング２４の凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置し、第１ｃｏｓ磁気センサ２６と第２ｃｏｓ磁気センサ２８とを第１凹凸リング２３及び第２凹凸リング２４の凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。また、図５ｂは、第１ｓｉｎ磁気センサ２５と第２ｓｉｎ磁気センサ２７とはインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、第１ｃｏｓ磁気センサ２６と第２ｃｏｓ磁気センサ２８とはインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない状態で第１凹凸リング２３と第２凹凸リング２３とを当該第１凹凸リング２３及び第２凹凸リング２４の凹凸ピッチに対して電気角度９０°分だけ移相させて配置した例である。
【００４１】
図６は、トルクセンサ３１内に構成された相対角度検出部及びトルク算出部の構成図である。図６の回路構成は、図３の例、つまり第１ｓｉｎ磁気センサ１７及び第１ｃｏｓ磁気センサ１８で第１回転角度センサ１５を構成し、第２ｓｉｎ磁気センサ１９及び第２ｃｏｓ磁気センサ２０で第２角度センサ１６を構成する例に対応したものであるが、図３〜図５の何れの第１回転角度センサ１５及び第２回転角度センサ１６からも同様の第１ｓｉｎ信号、第１ｃｏｓ信号、第２ｓｉｎ信号、第２ｃｏｓ信号が出力されるので磁気センサの符号が異なるだけで、回路の構成はどの回転角度センサにも対応する。
【００４２】
この相対角度検出部では、第１ｓｉｎ信号sinθ1、第１ｃｏｓ信号cosθ1、第２ｓｉｎ信号sinθ2、第２ｃｏｓ信号cosθ2を差動アンプ２９で増幅する。θ1は第１多磁極リング１３又は第１凹凸リング２３の回転角度、即ちインプットシャフト２ａの回転角度であり、θ2は第２多磁極リング１４又は第２凹凸リング２４、即ちアウトプットシャフト２ｂの回転角度である。差動アンプ２９は、周知のようにＯＰアンプと複数の抵抗で構成され、例えば駆動電圧の変動や温度依存誤差を補償する。そして、第１ｓｉｎ信号sinθ1と第２ｓｉｎ信号sinθ2とを加算器３０で加算し、第１ｃｏｓ信号cosθ1と第２ｃｏｓ信号cosθ2とを加算器３０で加算する。
【００４３】
ここで、第１ｓｉｎ信号sinθ1と第２ｓｉｎ信号sinθ2との加算値を加算ＳＩＮ信号SINφ、第１ｃｏｓ信号cosθ1と第２ｃｏｓ信号cosθ2との加算値を加算ＣＯＳ信号COSφとすると、相対角度・トルク算出部３５では、後述するように、加算ＳＩＮ信号SINφ及び加算ＣＯＳ信号COSφの夫々の二乗値を求め、それらを加算した二乗値加算値Ｚを算出し、更にその二乗値加算値Ｚからインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの相対角度φを算出する。インプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの相対角度φが得られれば、例えばトーションバー２ｃが中実な円柱部材である場合、トーションバー２ｃに係る操舵トルクＴはφ＝３２・Ｔ・Ｌ／（π・Ｄ4・Ｇ）から得られる。なお、Ｌはトーションバー２ｃの長さ、Ｄはトーションバー２ｃの直径、Ｇはトーションバー２ｃの横弾性係数である。
【００４４】
以下の説明は、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに位相差がないときに第１多磁極リング１３の磁極と第２多磁極リング１４の磁極とに位相差がなく、或いは第１凹凸リング２３の凹凸と第２凹凸リング２４の凹凸とに位相差がなく、且つ、第１ｓｉｎ磁気センサ１７と第２ｓｉｎ磁気センサ１９、第１ｃｏｓ磁気センサ１８と第２ｃｏｓ磁気センサ２０とがインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、或いは第１磁気センサ２１と第２磁気センサ２２とがインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがなく、第１ｓｉｎ磁気センサ２５と第２ｓｉｎ磁気センサ２７、第１ｃｏｓ磁気センサ２６と第２ｃｏｓ磁気センサ２８とがインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの周方向に位相ずれがないことを前提としている。
【００４５】
例えば、図７は、第１ｓｉｎ信号sinθ1と第２ｓｉｎ信号sinθ2とに９０°の位相差、つまり相対角度がある場合を示している。これらの加算値を相対角度（電気角度）φの関数加算ＳＩＮ信号SINφで表す（図は加算値の半分値で表してある）。同様に、第１ｃｏｓ信号cosθ1と第２ｃｏｓ信号cosθ2との加算値を加算ＣＯＳ信号COSφとしたとき、相対角度（電気角度）φ＝０、つまりインプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに位相差がない場合の加算ＳＩＮ信号SINφ及び加算ＣＯＳ信号COSφは図８のように表れ、その場合の二乗値加算値Ｚ＝SIN2φ＋COS2φ（図ではＸ＝SINφ、Ｙ＝COSφ）は最大となる（SINφ＝２sinθ1＝２sinθ2、COSφ＝２cosθ1＝cosθ2）。一方、相対角度（電気角度）φ＝９０°、つまりインプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに９０°の位相差がある場合の加算ＳＩＮ信号SINφ及び加算ＣＯＳ信号COSφは図９のように表れ、その場合の二乗値加算値Ｚ＝SIN2φ＋COS2φはφ＝０の場合よりも小さい。
【００４６】
これを相対角度（電気角度）φに関する二乗値加算値Ｚで表すと図１０のように表れる。電動パワーステアリング装置に用いられるトーションバー２ｃが１８０°以上捻れることはない（本実施形態では±６０°）から、二乗値加算値Ｚが得られれば、多磁極リングの磁極や磁気センサに位相ずれのない状態、つまり相対角度（電気角度）φ＝０を基準として、二乗値加算値Ｚに応じた相対角度（電気角度）＝φを得ることができる。しかしながら、電動パワーステアリング装置では、操舵トルクＴの絶対値的な大きさだけでなく、操舵トルクＴの方向が必要となる。
【００４７】
そこで、前記図３〜図５に示すように、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度、つまり位相差がない状態で、インプットシャフト２ａの回転角度θ1に応じた出力とアウトプットシャフト２ｂの回転角度θ2に応じた出力とを予め電気角度で９０°分移相する。すると、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない、つまり位相差のない基準値が図１０の９０°の値、つまり図１１のように表れ、従ってトーションバー２ｃの捻れの範囲±６０°では相対角度（電気角度）φに対し、二乗値加算値Ｚは１：１の関係になる。従って、二乗値加算値Ｚが得られれば相対角度（電気角度）φは正負に表れ、相対角度（電気角度）φの大きさだけでなく、方向が分かるので、操舵トルクＴの大きさと方向が分かる。
【００４８】
前記相対角度・トルク算出部３５は、例えばマイクロコンピュータのような演算処理回路であり、読込まれた加算ＳＩＮ信号SINφ及び加算ＣＯＳ信号COSφをデジタル化した後、それらの二乗値加算値Ｚ＝SIN2φ＋COS2φを算出し、例えば図１１の制御マップを参照してインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの相対角度（電気角度）φを求め、その相対角度（電気角度）φからトーションバー２ｃに係る操舵トルクＴを算出するように構成されている。
【００４９】
図１２、図１３は、相対角度検出装置及びトルクセンサの異なる例である。この相対角度検出装置及びトルクセンサは、前記図１の電動パワーステアリング装置に用いられるものであり、同等の構成には同等の符号を付してその詳細な説明を省略する。この相対角度検出装置及びトルクセンサの相対角度検出センサ部はレゾルバを用いたものである。図１２ａは相対角度検出センサ部の縦断面図、図１２ｂは図１２ａのＣ−Ｃ断面図である。この例では、外周に１２歯を等配に有する第１ロータ３６及び第２ロータ３７を、夫々、インプットシャフト（第１回転軸）２ａ及びアウトプットシャフト（第２回転軸）２ｂに取付け、インプットシャフト２ａともアウトプットシャフト２ｂとも同期回転しない固定部位に設けられ且つ１６ポールのコイルを等配に有するステータ３８で第１ロータ３６及び第２ロータ３７を覆う。このステータ３８の１６ポールのコイルの出力を周方向に９０°ずつ４分割すると、分割された周方向９０°内の４ポールのコイルの出力は互いに９０°ずつ位相がずれた正弦波（又は余弦波）信号、即ち＋ＳＩＮ信号+SINφ、＋ＣＯＳ信号+COSφ、−ＳＩＮ信号-SINφ、−ＣＯＳ信号-COSφとなる。この実施例では、９０°ずつ４分割されたコイルのうち、同じ信号を出力するコイルを直列に接続する。
【００５０】
インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに、つまり第１ロータ３６と第２ロータ３７とに相対角度、即ち位相差がなければ、ステータ３８の各コイルから出力される信号は前記図８に示す出力と同様に振幅の大きなものとなる。一方、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに、つまり第１ロータ３６と第２ロータ３７とに相対角度、即ち位相差がある場合には、ステータ３８の各コイルから出力される信号は前記図９に示す出力と同様に振幅の小さなものとなる。つまり、ステータ３８の各コイルからの出力は、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとの相対角度（電気角度）φに応じた関数、即ち＋ＳＩＮ信号+SINφ、＋ＣＯＳ信号+COSφ、−ＳＩＮ信号-SINφ、−ＣＯＳ信号-COSφとなる。
【００５１】
そこで、これら４相の出力信号、即ち＋ＳＩＮ信号+SINφ、＋ＣＯＳ信号+COSφ、−ＳＩＮ信号-SINφ、−ＣＯＳ信号-COSφを夫々、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、Ｚ＝（Ａ−Ｃ）2＋（Ｂ−Ｄ）2で得られる二乗値加算値Ｚは前記図９と同等となるから、この二乗値加算値Ｚからインプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとの相対角度（電気角度）φを算出することができ、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとの相対角度（電気角度）φが得られればトーションバー２ｃに係る操舵トルクＴが得られる。
【００５２】
また、インプットシャフト２ａの第１ロータ３６とアウトプットシャフト２の第２ロータ３７は、図１２ｃに示すように、予め電気角度で９０°分だけ移相させて組込まれる。従って、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度、つまり位相差がない状態で、インプットシャフト２ａの回転角度θ1に応じた出力とアウトプットシャフト２ｂの回転角度θ2に応じた出力とを予め電気角度で９０°分移相すると、インプットシャフト２ａとアウトプットシャフト２ｂとに相対角度のない、つまり位相差のない基準値が図１０の９０°の値、つまり図１１のように表れ、トーションバー２ｃの捻れの範囲±６０°では相対角度（電気角度）φに対し、二乗値加算値Ｚが１：１の関係になり、二乗値加算値Ｚが得られれば相対角度（電気角度）φは正負に表れ、相対角度（電気角度）φの大きさだけでなく、方向が分かるので、操舵トルクＴの大きさと方向が分かる。
【００５３】
図１３は、以上の演算処理を行う相対角度検出部及びトルク算出部の回路構成である。この回路では、レゾルバを構成するステータ３８の各コイルに励磁信号供給手段から交流電流を印加し、各コイルの出力のうち、加減算器３９で＋ＳＩＮ信号+SINφから−ＳＩＮ信号-SINφを減じると共に、＋ＣＯＳ信号+COSφから−ＣＯＳ信号-COSφを減じ、それらの出力を全波整流・平滑回路４０で整流・平滑化した後、ＡＤ変換器４１でデジタル化し、相対角度・トルク算出部３５に入力する。相対角度・トルク算出部３５は、前述したような演算処理回路であるから、＋ＳＩＮ信号+SINφから−ＳＩＮ信号-SINφを減じた信号及び＋ＣＯＳ信号+COSφから−ＣＯＳ信号-COSφを減じた信号の二乗値の加算値から二乗値加算値Ｚを求め、その二乗値加算値Ｚからインプットシャフト２ａ及びアウトプットシャフト２ｂの相対角度（電気角度）φを求めると共にトーションバー２ｃに係る操舵トルクＴの大きさと方向を算出するように構成されている。
【００５４】
ここでの実施例ではロータ歯数を１２、ステータポール数を１６としたが、前述したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４相の信号を得られる数値はこの限りではない。一例としては、ロータ歯数１５歯、ステータポール数１２ポール、ロータ歯数１５歯、ステータポール数２０ポール、ロータ歯数１８歯、ステータポール数２４ポールなどが挙げられる。
【００５５】
図１４は、前記図１２、図１３の相対角度検出装置及びトルクセンサの変形例であり、相対角度検出センサ部の構成は前記図１２と同等であり、相対角度検出部及びトルク算出部の回路構成は前記図１３と同等であるので、同等の構成には同等の符号を付してその詳細な説明を省略する。この実施例では、前述のように周方向に９０°ずつ４分割された１６ポールのコイルの出力のうち、軸線を挟んで互いに対向する９０°分割領域のコイルの同等の出力同士を直列に接続し、＋ＳＩＮ信号+SINφ、＋ＣＯＳ信号+COSφ、−ＳＩＮ信号-SINφ、−ＣＯＳ信号-COSφの４相の出力信号を２系統取出し、それらを個別の相対角度検出部及びトルク算出部の回路に出力する。従って、各相対角度検出部及びトルク算出部の相対角度・トルク算出部３５では、原則的に同じ値の相対角度（電気角度）φ及び操舵トルクＴが二系統独立して算出される。このように同じ値の相対角度や操舵トルクが得られる場合には、何れか一方の系統に異常が発生したとき、異常の発生していない他方の系統の算出値を用いて制御を継続する、所謂フェールセーフを構成することが可能となる。
【符号の説明】
【００５６】
１はステアリングホイール
２はステアリングシャフト
２ａはインプットシャフト（第１回転軸）
２ｂはアウトプットシャフト（第２回転軸）
２ｃはトーションバー
４、６はユニバーサルジョイント
５は中間シャフト
７はピニオンシャフト
８はステアリングギヤ機構
９はタイロッド
１０はアシストトルク機構
１１は減速ギヤ機構
１２は電動モータ
１３は第１多磁極リング
１４は第２多磁極リング
１５は第１回転角度センサ
１６は第２回転角度センサ
１７は第１ｓｉｎ磁気センサ
１８は第１ｃｏｓ磁気センサ
１９は第２ｓｉｎ磁気センサ
２０は第２ｃｏｓ磁気センサ
２１は第１磁気センサ
２２は第２磁気センサ
２３は第１凹凸リング
２４は第２凹凸リング
２５は第１ｓｉｎ磁気センサ
２６は第１ｃｏｓ磁気センサ
２７は第２ｓｉｎ磁気センサ
２８は第２ｃｏｓ磁気センサ
２９は差動増幅器
３０は加算器
３１はトルクセンサ
３２は走行速度センサ
３３はコントローラ
３４はモータ駆動部
３５は相対角度・トルク算出部
３６は第１ロータ
３７は第２ロータ
３８はステータ
３９は加減算器
４０は全波整流・平滑回路
４１はＡＤ変換器
【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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