(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーの両端に連結された第１および第２の軸の間に作用するトルクを検出するトルク検出装置において、
前記第１の軸に固定されて所定の軸倍角を有する第１のレゾルバロータと、
前記第２の軸に固定されて前記第１のレゾルバロータと異なる軸倍角を有する第２のレゾルバロータと、
前記第１および第２のレゾルバロータの外周面に近接して配設されるレゾルバステータと、
前記レゾルバステータに配設されて、前記第１および第２のレゾルバロータの回転にともなう前記レゾルバステータと前記第１および第２のレゾルバロータ間のギャップの変化に応じて位相の異なる電気信号を生成する４つの出力コイルと、
前記４つの出力コイルにおいて生成される電気信号に基づき前記第１および第２の軸の回転角の差分を前記トーションバーの捩れ角として算出し、当該捩れ角に基づきトルクを算出する演算手段と、を備えてなるトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク検出装置において、
前記電気信号は、前記レゾルバステータと前記第１のレゾルバロータ間のギャップの変化に基づく第１の信号成分、および前記レゾルバステータと前記第２のレゾルバロータ間のギャップの変化に基づく第２の信号成分が合成されたものであって、
前記演算手段は、前記電気信号から前記第１の信号成分を前記第１のレゾルバロータの軸倍角を有する前記第１の軸の電気角として抽出する第１の抽出手段と、
前記電気信号から前記第２の信号成分を前記第２のレゾルバロータの軸倍角を有する前記第２の軸の電気角として抽出する第２の抽出手段と、
前記第１の抽出手段により抽出される前記第１の軸の電気角に対応する複数の機械角、および前記第２の抽出手段により抽出される前記第２の軸の電気角に対応する複数の機械角の差分をそれぞれ求めるとともに、これら差分と前記トーションバーの最大許容捩れ角との比較を通じて前記第１の軸および前記第２の軸の機械角をそれぞれ算出する機械角算出手段と、を備えてなるトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のトルク検出装置を備えてなる電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項２に記載のトルク検出装置を備えてなる電動パワーステアリング装置において、前記機械角算出手段により算出される前記第１の軸の機械角に基づき、ステアリングホイールの操舵角を求めることができることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば特許文献１に示されるようなトルク検出装置が知られている。当該装置は、入力軸と出力軸とがトーションバーを介して同軸上に連結されるとともに、入力軸の回転角を検出する第１の回転角検出装置、および出力軸の回転角を検出する第２の回転角検出装置を備えてなる。当該トルク検出装置は、第１および第２の回転角検出装置により検出される入力軸の回転角と出力軸の回転角との差分、すなわちトーションバーの捩れ角に基づき入力軸に印加されるトルクを検出する。当該トルク検出装置は、たとえば電動パワーステアリング装置に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６９１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の回転角検出装置は、入力軸と一体的に回転する環状の磁石、および当該磁石の回転にともない変化する磁界に応じた電気信号を生成する３つの磁気センサを備えてなる。これら磁気センサは、磁石の軸線方向において当該磁石に対向して設けられている。第１の回転角検出装置は、この３つの電気信号に基づき磁石、ひいては入力軸の回転角を演算する。第２の回転角検出装置も同様の構成とされている。
【０００５】
ここで、第１および第２の回転角検出装置を近接して設けた場合、これら装置の２つの磁石から発せられる磁界が互いの磁気センサに影響を及ぼし合うことにより、正確な回転角が得られないおそれがある。このため、特許文献１では、第１の回転角装置の各磁気センサに対して第２の回転角検出装置の磁石から発せられる磁界が及ばない程度、換言すれば第２の回転角検出装置の各磁気センサに対して第１の回転角検出装置の磁石から発せられる磁界が及ばない程度に、第１および第２の回転角検出装置を離間させている。
【０００６】
このようにすれば確かに各磁気センサの検出精度を維持することが可能になる。しかしその反面で、第１および第２の回転角検出装置との間に一定の離間距離を確保する必要があり、これがトルク検出装置の体格の小型化を阻害する一因となっていた。特に自動車の電動パワーステアリング装置に適用されるトルク検出装置においては、その体格の小型化に対する要求は依然として厳しいところ、前述したように第１および第２の回転角検出装置との間には一定の離間距離を確保する必要がある以上、トルク検出装置の小型化には限界があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、体格の小型化が図られるトルク検出装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トーションバーの両端に連結された第１および第２の軸の間に作用するトルクを検出するトルク検出装置において、前記第１の軸に固定されて所定の軸倍角を有する第１のレゾルバロータ（以下、ロータという）と、前記第２の軸に固定されて前記第１のロータと異なる軸倍角を有する第２のレゾルバロータ（以下、ロータという）と、前記第１および第２のロータの外周面に近接して配設されるレゾルバステータ（以下、ステータという）と、前記ステータに配設されて前記第１および第２のロータの回転にともなう前記ステータと前記第１および第２のロータ間のギャップの変化に応じて位相の異なる電気信号を生成する４つの出力コイルと、前記４つの出力コイルにおいて生成される電気信号に基づき前記第１および第２の軸の回転角の差分を前記トーションバーの捩れ角として算出し、当該捩れ角に基づきトルクを算出する演算手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、第１および第２のロータの外周面に近接してステータを配設し、このステータに配設される４つの出力コイルにおいて生成される電気信号を共用して第１および第２のロータ、ひいては第１および第２の軸の回転角が求められる第１および第２のロータの間隔を小さく設定することができ、その間隔を小さくする分だけ、トルク検出装置の体格の小型化が図られる。また、４つの出力コイルにおいて生成される電気信号に基づきトーションバーの捩れ角を算出するところ、第１および第２のロータの間隔は、小さく設定するほどよく、トルク検出装置の体格の小型化につながる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトルク検出装置において、前記電気信号は、前記ステータと前記第１のロータ間のギャップの変化に基づく第１の信号成分、および前記ステータと前記第２のロータ間のギャップの変化に基づく第２の信号成分が合成されたものであって、前記演算手段は、前記電気信号から前記第１の信号成分を前記第１のロータの軸倍角を有する前記第１の軸の電気角として抽出する第１の抽出手段と、前記電気信号から前記第２の信号成分を前記第２のロータの軸倍角を有する前記第２の軸の電気角として抽出する第２の抽出手段と、前記第１の抽出手段により抽出される前記第１の電気角に対応する第２の抽出手段と、前記第１の抽出手段により抽出される前記第１の軸の電気角に対応する複数の機械角、および前記第２の抽出手段により抽出される前記第２の軸の電気角に対応する複数の機械角の差分をそれぞれ求めるとともに、これら差分と前記トーションバーの最大許容捩れ角との比較を通じて前記第１の軸および前記第２の軸の機械角をそれぞれ算出する機械角算出手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【００１１】
ステータの４つの出力コイルには、ステータと第１のロータ間のギャップ変化と、ステータと第２のロータ間のギャップ変化とを検出して合成された出力電圧が出力される。このため、４つの出力コイルにおいて生成される電気信号は、ステータと第１のロータ間のギャップ変化に基づく第１の信号成分、およびステータと第２のロータ間のギャップの変化に基づく第２の信号成分が合成されたものとなる。
【００１２】
本発明によれば、第１の抽出手段により、４つの出力コイルの電気信号から、第１の信号成分を第１のロータの軸倍角を有する第１の軸の電気角として抽出する。また、第２の抽出手段により、４つの出力コイルの電気信号から、第２のロータの軸倍角を有する第２の軸の電気角として抽出する。ここで、第１および第２の軸の電気角は、それぞれの軸倍角に応じた複数の機械角に対応する。そこで、第１および第２の軸の回転角（機械角）は、トーションバーの最大許容捩れ角によって制限されることを利用して、第１および第２の軸の回転角を求める。すなわち、第１および第２の軸の電気角に対応する複数の回転角の差分とトーションバーの最大許容捩れ角との大小をそれぞれ比較することにより、第１および第２の軸の回転角をそれぞれ算出することが可能である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、請求項１または請求項２に記載のトルク検出装置を備えてなることをその要旨とする。
請求項１または請求項２に記載のトルク検出装置によれば、電動パワーステアリング装置の小型化が図られる。このため、当該トルク検出装置は、車両への搭載性を向上できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のトルク検出装置を備えてなる電動パワーステアリング装置において、前記機械角算出手段により算出される前記第１の軸の機械角に基づき、ステアリングホイールの操舵角を求めることができることをその要旨とする。
請求項４に記載の電動パワーステアリング装置によれば、算出された第１の軸の回転角（機械角）をステアリングホイールの操舵角として求めることができる。そして、この操舵角を、車両の安定性制御システムなどの各種システムに利用することも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トルク検出装置および電動パワーステアリング装置の体格の小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構成図。
【図２】トルクセンサ（トルク検出装置）の半断面図。
【図３】(a)は図２のＡ−Ａ線断面図、(b)は図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】トルクセンサの電気的な構成を示すブロック図。
【図５】(a)は第１のロータとステータ間のギャップ変化に対する一の出力コイルの出力波形図、(b)は第２のロータとステータ間のギャップ変化に対する一の出力コイルの出力波形図、(c)は第１および第２のロータとステータ間のギャップ変化に対する一の出力コイルの出力波形図。
【図６】入力軸および出力軸の回転角の算出処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を、電動パワーステアリング装置に具体化した一実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１８】
＜電動パワーステアリング装置の概要＞
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１において、ステアリングホイール（以下、ハンドルという）２と一体回転するステアリングシャフト３は、ハンドル２側からコラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９およびピニオンシャフト１０の順に連結されてなる。ピニオンシャフト１０はこれに直交して設けられるラック軸５のラック部分５ａに噛合されている。ステアリング操作にともなうステアリングシャフト３の回転は、ピニオンシャフト１０およびラック部分５ａからなるラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルアームに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更される。
【００１９】
また、電動パワーステアリング装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置１３、および操舵力補助装置１３の作動を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１４を備えてなる。
操舵力補助装置１３の駆動源であるモータ１５は、ウォーム１６およびウォームホイール１７からなる減速機構１８を介してコラムシャフト８に作動連結されている。モータ１５の回転力は減速機構１８により減速されて、この減速された回転力がアシスト力として操舵系、正確にはコラムシャフト８に伝達される。ＥＣＵ１４は、このアシスト力を次のようにして制御する。すなわち、ＥＣＵ１４は、転舵輪２等に設けられる車速センサ１９を通じて車速Ｖを、またコラムシャフト８に設けられるトルクセンサ（トルク検出装置）７を通じてハンドル２に印加される操舵トルクτを取得する。そして、ＥＣＵ１４は、これら車速Ｖおよび操舵トルクτに基づき運転者の要求および走行状態に応じた目標アシスト力を算出し、この算出される目標アシスト力を発生させるべくモータ１５の給電制御を行う。このモータ１５の給電制御を通じて操舵系に印加されるアシスト力が制御される。
【００２０】
＜トルクセンサ＞
次に、トルクセンサの構成について詳細に説明する。図１に示されるように、トルクセンサ７は、コラムシャフト８におけるハンドル２と操舵力補助装置１３との間に設けられている。図２に示すように、トルクセンサ７は、入力軸２１、出力軸２２、およびこれらの間を連結するトーションバー２３を備えてなる。入力軸２１は、コラムシャフト８のハンドル２側の部分に、出力軸２２はコラムシャフト８の操舵力補助装置１３側の部分に連結される。入力軸２１および出力軸２２の互いに対向する２つの端部には、それぞれ円筒状の第１および第２の支持部２１ａ，２２ａが形成されている。これら第１および第２の支持部２１ａ，２２ａの外径は、それぞれ入力軸２１および出力軸２２の外径よりも大きく設定されている。
【００２１】
また、入力軸２１および出力軸２２の間には、回転角センサ２４が設けられている。回転角センサ２４は、第１のロータ３１、第２のロータ３２、およびステータ３０を備えてなる。
第１および第２のロータ３１，３２は、それぞれ両端が開口した円筒状に例えば珪素鋼板を積層して形成される。第１のロータ３１は、トーションバー２３に挿通された状態で、第１の支持部２１ａの入力軸２１と反対側の側面に固定されている。第２のロータ３２は、トーションバー２３に挿通された状態で、第２の支持部２２ａの出力軸２２と反対側の側面に固定されている
そして、第１および第２のロータ３１，３２の外周面に近接して例えば珪素鋼板を積層して形成されるステータ３０が配設されている。
【００２２】
図３に示すように、ステータ３０に円周方向に等しい間隔をおいて形成された複数のティースに周知の励磁コイル（図示せず）と第１〜第４の出力コイル３３ａ〜３３ｄが、それぞれ所定の位置に変圧器を構成するように巻回されている。
第１および第２のロータ３１，３２は、外周面形状がそれらの周方向に沿って複数の凸部が形成された回転体であり、図３(a)に示す第１のロータ３１には合計４つの凸部が、同じく図３(b)に示す第２のロータ３２には合計５つの凸部が形成されている。
【００２３】
図３(a)，(b)に示されるように、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dから位相のずれた４つの信号（出力電圧）が出力されるよう第１および第３の出力コイル３３a，３３c、ならびに第２および第４の出力コイル３３b，３３dは、それぞれ互いに１８０°だけ配置をずらして設けられている。詳述すると、図３(b)に示すように、入力軸２１側から第２のロータ３２を見たとき、第１の出力コイル３３aは、第２のロータ３２の１２時位置に対応して設けられている。第２の出力コイル３３bは、第２のロータ３２の１２時位置を０°としたとき、２２．５°の位置に対応して設けられている。同様に、第３の出力コイル３３cは１８０°の位置、第４の出力コイル３３dは、２０２．５°の位置にそれぞれ対応して設けられている。
【００２４】
＜電気的な構成＞
次に、トルクセンサの電気的な構成を説明する。図４に示すように、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dは、マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵという）３４に接続されている。
本例では、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dとしてレゾルバが採用されている。レゾルバは、ロータの回転角によってステータとロータ間のギャップを変化させ、磁気抵抗変化を検出する。正弦波状の励磁電圧が図示しない励磁コイルに供給され、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dは、その磁気抵抗の変化に応じた正弦波状の電気信号（出力電圧）を生成する。
【００２５】
例えば、第１のロータ３１とステータ３０間のギャップ変化のみが発生する場合を想定する。この場合、第１の出力コイル３３aは、第１のロータ３１の回転にともない磁気抵抗の変化に応じた電気信号を生成する。この場合、入力軸２１の回転角（機械角）と、第１の出力コイル３３aの出力との関係は、図５(a)のグラフのようになる。当該グラフの横軸は入力軸２１の回転角、同じく縦軸は第１の出力コイル３３aの出力（電圧値）である。当該グラフに示されるように、入力軸２１の回転にともない、第１の出力コイル３３aにおいて生成される電気信号は正弦波状に変化する。本例では、入力軸２１が１回転する間に、第１の出力コイル３３aでは４周期分の電気信号が生成される。すなわち、入力軸２１の回転角（機械角）に対する当該電気信号の電気角の比である軸倍角は４倍角（４Ｘ）とされている。軸倍角は、第１のロータ３１の凸部の数により決まる。
【００２６】
また、第２のロータ３２とステータ３０間のギャップ変化のみが発生する場合を想定する。第１の出力コイル３３aは、第２のロータ３２の回転にともない磁気抵抗の変化に応じた電気信号を生成する。この場合、出力軸２２の回転角（機械角）と、第１の出力コイル３３aの出力との関係は、図５(b)のグラフのようになる。
当該グラフに示されるように、出力軸２２の回転にともない、第１の出力コイル３３aにおいて生成される電気信号は正弦波状に変化する。本例では、出力軸２２が１回転する間に、第１の出力センサ３３aでは５周期分の電気信号が生成される。すなわち、軸倍角は、５倍角（５Ｘ）とされている。軸倍角は、第２のロータ３２の凸部の数により決まる。
【００２７】
なお、第２〜第４の出力コイル３３b〜３３dについても同様である。これら第２〜第４の出力コイル３３b〜３３dでは、第１の出力コイル３３aに対する相対的な位置関係に応じて位相がずれた正弦波状の電気信号が生成される。第１の出力コイル３３aの位相を０°としたとき、第２〜第４の出力コイル３３b〜３３dの出力波形は、図５(a)および図５(b)に示される第１の出力コイル３３aの出力波形に対して、それぞれ２２．５°、１８０°、２０２．５°だけ位相がずれた波形となる。
【００２８】
前述したように、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dは、第１および第２ロータ３１，３２の外周面に近接して配設されたステータ３０に設けられている。また、入力軸２１および出力軸２２の回転角は互いに異なる。このため実際には、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの出力は、第１および第２のロータ３１，３２から磁気干渉し合ってなる合成出力になり、当該合成出力に応じた電気信号が生成される。
【００２９】
すなわち、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号は、それぞれ第１のロータ３１の回転角に応じて生成される電気信号（以下、「４倍角成分（第１の信号成分）」という）と、第２のロータ３２の回転角に応じて生成される電気信号（以下、「５倍角成分（第２の信号成分）」という）とが合成されたものとなる。第１の出力コイル３３aを例に挙げると、入力軸２１あるいは出力軸２２の回転角（機械角）と、第１の出力コイル３３aの出力との関係は、実際には、図５(c)のグラフのようになる。当該グラフに示されるように、入力軸２１あるいは出力軸２２の回転にともない、第１の出力コイル３３aにおいて生成される電気信号は、正弦波状に変化する部分も見られるものの、全体として不規則な曲線を描くように変化する。第２〜第４の出力コイル３３b〜３３dにおいても同様である。
【００３０】
ＣＰＵ３４は、回転角検出部３５、操舵トルク検出部３６、および異常判定部３７を備えてなる。回転角検出部３５は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号に基づき、入力軸２１および出力軸２２の回転角θ１，θ２をそれぞれ演算する。これら２つの回転角θ１，θ２の算出処理については、後に詳述する。操舵トルク検出部３６は、回転角検出部３５により算出される２つの回転角θ１，θ２の差分、すなわちトーションバー２３の捩れ角に基づき操舵トルクτを演算する。異常判定部３７は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号に基づき、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの異常の有無を検出する。第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの異常検出処理についても、後に詳述する。
【００３１】
＜θ１，θ２演算処理＞
次に、前述のように構成されたトルクセンサ７による入力軸２１および出力軸２２の回転角の検出処理手順を図６のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは、ＣＰＵ３４に記憶された制御プログラムに基づき、定められた制御周期で実行される。
ＣＰＵ３４は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号Ｓ１〜Ｓ４を取り込む（ステップＳ６０１）。
これら電気信号Ｓ１〜Ｓ４の値、すなわちサンプリング値Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ次式(Ａ）〜(Ｄ)のように表わすことができる。
Ｖ１＝ｓｉｎ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２)                        ・・・(Ａ）
Ｖ２＝ｓｉｎ４(θ１＋２２．５°)＋ｓｉｎ５(θ２＋２２．５°)
＝ｓｉｎ(４θ１＋９０°)＋ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)
＝ｃｏｓ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)          ・・・(Ｂ）
Ｖ３＝ｓｉｎ４(θ１＋１８０°)＋ｓｉｎ５(θ２＋１８０°)
＝ｓｉｎ(４θ１＋７２０°)＋ｓｉｎ(５θ２＋９００°)
＝ｓｉｎ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２)                        ・・・(Ｃ）
Ｖ４＝ｓｉｎ(４θ１＋２０２．５°)＋ｓｉｎ５(θ２＋２０２．５°)
＝ｓｉｎ(４θ１＋８１０°)＋ｓｉｎ(５θ２＋１０１２．５°)
＝ｓｉｎ(４θ１＋９０°)＋ｓｉｎ(５θ２＋２９２．５°)
＝ｃｏｓ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)          ・・・(Ｄ）
ただし、θ１は入力軸２１の回転角（機械角）、θ２は出力軸２２の回転角（機械角）、４θ１は入力軸２１の回転角（電気角）、５θ２は出力軸２２の回転角（電気角）である。
【００３２】
＜４倍角成分の抽出処理＞
次に、ＣＰＵ３４は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号から、第１の信号成分である４倍角成分（４θ１が含まれる項）を第１のロータ３１の軸倍角を有する入力軸２１の電気角として抽出する。
ＣＰＵ３４は、まずサンプリング値Ｖ１〜Ｖ４に含まれる５倍角成分（５θ２が含まれる項）を除去する。すなわち、ＣＰＵ３４は、次式(Ｅ)で示されるように、第１および第３の出力コイル３３a，３３cにおいて生成される電気信号Ｓ１，Ｓ３のサンプリング値Ｖ１，Ｖ３の平均値を算出する（ステップＳ６０２）。
(Ｖ１＋Ｖ３)／２
＝［{ｓｉｎ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２)}＋{ｓｉｎ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２)}］／２
＝ｓｉｎ(４θ１)                                            ・・・(Ｅ)
【００３３】
また、ＣＰＵ３４は、次式(Ｆ)で示されるように、第２および第４の出力コイル３３b，３３dにおいて生成される電気信号Ｓ２，Ｓ４のサンプリング値Ｖ２，Ｖ４の平均値を算出する（ステップＳ６０３）。
(Ｖ２＋Ｖ４)／２
＝［{ｃｏｓ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)}＋{ｃｏｓ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)}］／２
＝ｃｏｓ(４θ１)                                            ・・・(Ｆ)
【００３４】
次に、ＣＰＵ３４は、ステップＳ６０２およびステップＳ６０３の演算結果を使用して、入力軸２１の回転角（電気角）４θ１を次式(Ｇ)に基づき演算する（ステップＳ６０４）。
４θ１
＝ａｒｃｔａｎ{ｓｉｎ(４θ１)／ｃｏｓ(４θ１)}
＝ａｒｃｔａｎ［{(Ｖ１＋Ｖ３)／２}／{(Ｖ２＋Ｖ４)／２}］    ・・・(Ｇ)
【００３５】
＜５倍角成分の抽出処理＞
次に、ＣＰＵ３４は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号から、第２の信号成分である５倍角成分（５θ２が含まれる項）を第２のロータ３２の軸倍角を有する出力軸２２の電気角として抽出する。
ＣＰＵ３４は、まずサンプリング値Ｖ１〜Ｖ４に含まれる４倍角成分（４θ１が含まれる項）を除去する。すなわち、ＣＰＵ３４は、次式(Ｈ)で示されるように、第１および第３の出力コイル３３a，３３cにおいて生成される電気信号Ｓ１，Ｓ３のサンプリング値Ｖ１，Ｖ３の差を求め、その差の値を２で割る（ステップＳ６０５）。
(Ｖ１−Ｖ３)／２
＝[{ｓｉｎ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２)}−{ｓｉｎ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２)}]／２
＝ｓｉｎ(５θ２)                                            ・・・(Ｈ)
また、ＣＰＵ３４は、次式(Ｉ)で示されるように、第２および第４の出力コイル３３b，３３dにおいて生成される電気信号Ｓ２，Ｓ４のサンプリング値Ｖ２，Ｖ４の差を求め、その差の値を２で割る（ステップＳ６０６）。
(Ｖ２−Ｖ４)／２
＝[{ｃｏｓ(４θ１)＋ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)}−{ｃｏｓ(４θ１)−ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)}]／２
＝ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)                              ・・・(Ｉ)
【００３６】
次に、ＣＰＵ３４は、ステップＳ６０５およびステップＳ６０６の演算結果を使用して、出力軸２２の回転角（電気角）５θ２を次式(Ｊ)に基づき演算する（ステップＳ６０７）。
５θ２＝ａｒｃｔａｎ{ｓｉｎ(５θ２)／ｃｏｓ(５θ２)}        ・・・(Ｊ)
ただし、式(Ｊ)のｃｏｓ(５θ２)は、次式(Ｋ)で示されるように、先の式(Ｉ)を変形することにより得られる。
ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)
＝ｓｉｎ(５θ２)ｃｏｓ(１１２．５°)＋ｃｏｓ(５θ２)ｓｉｎ(１１２．５°)
・・・(Ｋ)
そして、式(Ｋ)に基づき、ｃｏｓ(５θ２)は次式(Ｌ)で表される。
ｃｏｓ(５θ２)＝{ｓｉｎ(５θ２＋１１２．５°)−ｓｉｎ(５θ２)ｃｏｓ(１１２．５°)}／ｓｉｎ(１１２．５°)                                  ・・・(Ｌ)
【００３７】
＜機械角の算出処理＞
次に、ＣＰＵ３４は、入力軸２１の回転角４θ１（電気角）、および出力軸２２の回転角５θ２（電気角）を使用して、入力軸２１の回転角θ１（機械角）および出力軸２２の回転角θ２（機械角）を演算する（ステップＳ６０８）。
ここで、入力軸２１および出力軸２２の電気角は、それぞれの軸倍角に応じた複数の機械角に対応する。すなわち、軸倍角が４倍である電気角に対応する機械角は、次の４つである。ただし、α＝４θ１である。
θ１＝(α／４)＋０°、(α／４)＋９０°、(α／４)＋１８０°、(α／４)＋２７０°
また、軸倍角が５倍である電気角に対応する機械角は、次の５つである。ただし、β＝５θ２である。
θ２＝(β／５)＋０°、(β／５)＋７２°、(β／５)＋１４４°、(β／５)＋２１６°、(β／５)＋２８８°
【００３８】
そこで、ＣＰＵ３４は、入力軸２１および出力軸２２の回転角θ１，θ２（機械角）がトーションバー２３の最大許容捩れ角Δθの範囲内に制限されることを利用して、２つの回転角θ１，θ２を求める。すなわち、入力軸２１および出力軸２２の回転角の差分（絶対値）が最大許容捩れ角Δθを超えることはない。このため、入力軸２１および出力軸２２の差分とトーションバー２３の最大許容捩れ角Δθとの比較を通じて入力軸２１および出力軸２２の回転角θ１，θ２をそれぞれ算出することが可能である。
ＣＰＵ３４は、次式(Ｍ)を満たす回転角θ１，θ２をその時々の回転角θ１，θ２と推定する。
｜θ１−θ２｜≦Δθ                                        ・・・(Ｍ)
以上で、入力軸２１の回転角θ１、および出力軸２２の回転角θ２の算出処理は完了となる。ＣＰＵ３４は、算出される２つの回転角θ１，θ２の差分に基づき操舵トルクτを演算する。
【００３９】
＜異常判定処理＞
次に、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの異常判定処理について説明する。
第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの少なくとも一に異常が発生した場合、その異常が発生した出力コイルにおいて生成される電気信号の値（サンプリング値Ｖ１〜Ｖ４）は、正常時の値と異なる。このため、先の図６のフローチャートにおけるステップＳ６０４で算出される回転角４θ１（電気角）、およびステップＳ６０７で算出される回転角５θ２（電気角）についても、それぞれ正常時の値と異なる。このことを利用して、ＣＰＵ３４（異常判定部３７）は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの異常の有無を検出する。
【００４０】
すなわち、ＣＰＵ３４は、回転角４θ１（＝α），５θ２（＝β）を、先の式(Ａ)〜(Ｄ)に代入することにより得られるサンプリング値Ｖ１ｃ〜Ｖ４ｃと、正常時のサンプリング値Ｖ１〜Ｖ４（理論値）とを比較する。ＣＰＵ３４は、各サンプリング値Ｖ１ｃ〜Ｖ４ｃと各サンプリング値Ｖ１〜Ｖ４とが一致する旨判断されるときには正常、一致しない旨判断されるときには異常である旨判定する。なお、正常時のサンプリング値Ｖ１〜Ｖ４（理論値）は、ＣＰＵ３４に予め記憶される。
【００４１】
ＣＰＵ３４は、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの少なくとも一に異常がある旨判定したときには、たとえば、入力軸２１および出力軸２２の回転角の算出処理、あるいは操舵トルクτの算出処理を停止する。なお、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であることを利用して、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの異常の有無を判定することも可能である。
【００４２】
＜実施の形態の効果＞
従って、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(１)第１および第２のロータ３１，３２の外周面に近接してステータ３０を配設し、このステータ３０に配設された第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号Ｓ１〜Ｓ４を共用して第１および第２のロータ３１，３２、ひいては入力軸２１および出力軸２２の回転角θ１，θ２を求めるようにした。このため、第１および第２のロータ３１，３２の間隔を小さく設定する分だけ、トルクセンサ７の体格の小型化が図られる。
【００４３】
(２)また、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号に基づきトーションバー２３の捩れ角を算出するところ、第１および第２のロータ３１，３２の間隔は、小さく設定するほどよい。
【００４４】
(３)第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号は、ステータ３０と第１のロータ３１間のギャップ変化に基づく第１の信号成分（４倍角成分）、およびステータ３０と第２のロータ３２間のギャップ変化に基づく第２の信号成分（５倍角成分）が合成されたものとなる。
【００４５】
本例によれば、第１の抽出手段として機能するＣＰＵ３４により、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの電気信号から、第１の信号成分を第１のロータ３１の軸倍角を有する入力軸２１の電気角として抽出する。また、第２の抽出手段としても機能するＣＰＵ３４により、第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dの電気信号から、第２の信号成分を第２のロータ３２の軸倍角を有する出力軸２２の電気角として抽出する。
【００４６】
ここで、入力軸２１および出力軸２２の電気角は、それぞれの軸倍角に応じた複数の機械角に対応する。そこで、機械角算出手段としても機能するＣＰＵ３４は、入力軸２１および出力軸２２の回転角（機械角）はトーションバー２３の最大許容捩れ角Δθによって制限されることを利用して、入力軸２１および出力軸２２の回転角を求める。すなわち、入力軸２１および出力軸２２の回転角の差分（絶対値）が最大許容捩れ角Δθを超えることはない。このため、入力軸２１および出力軸２２の電気角に対応する複数の回転角θ１，θ２の差分とトーションバー２３の最大許容捩れ角Δθとの大小を比較することにより、入力軸２１および出力軸２２の回転角をそれぞれ算出することが可能である。
【００４７】
(４)本例のトルクセンサ７によれば、その体格の小型化が図られる。このため、当該トルクセンサ７は、車両への搭載性の観点などから小型化に対する要望がある電動パワーステアリング装置１に好適である。電動パワーステアリング装置１の体格の小型化も可能となる。
【００４８】
(５)第１〜第４の出力コイル３３a〜３３dにおいて生成される電気信号に基づき、入力軸２１および出力軸２２の回転角をそれぞれ検出することができる。このため、入力軸２１および出力軸２２にそれぞれ個別に磁気センサ群を設ける場合に比べて、簡単な構成が可能となる。特に、異常検出機能を持たせる場合には有効である。例えば、特許文献１を例に挙げると、第１および第２の軸にそれぞれ３つ（合計６つ）の磁気センサを設ける必要がある。本例では、４つの出力コイルを設けるだけでよい。
【００４９】
(６)入力軸２１の回転角θ１をハンドル２の操舵角θｓとして求めることができる。このトルクセンサ７により算出される操舵角θｓを、車両の安定性制御システムなどの各種システムで利用することにより、専用の舵角センサが不要となる。トルクセンサ７、ひいては電動パワーステアリング装置１の付加価値も高められる。
【００５０】
(７)出力軸２２の回転角θ２に基づき、モータ１５の回転角速度ωを求めることができる。そして、この回転角速度ωをモータ１５の制御に利用することも可能である。例えば、モータ１５としてブラシ付モータを使用する場合、ＥＣＵ１４はトルクセンサ７を通じてモータ１５の回転角速度ωを正確に把握することができるので、当該モータ１５のより精度の高い制御を実行可能となる。
【００５１】
＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、次のように変更してもよい。
・本例では、トルクセンサ７をいわゆるコラム型の電動パワーステアリング装置に適用したが、いわゆるピニオン型あるいはラックアシスト型のものに適用することも可能である。
【００５２】
・本例では、ＥＣＵ１４は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づき目標アシスト力（正確には、目標アシスト力に応じた電流指令値）を算出するようにしたが、当該算出のパラメータとして操舵角θｓを加えてもよい。運転者の要求をより反映させた目標アシスト力の算出が可能になる。操舵角θｓは、前述したように入力軸２１の回転角θ１に基づき算出可能である。
【００５３】
・本例では、４つの出力コイル３３a〜３３dを設けたが、５つ以上の出力コイルを設けてもよい。例えば、５つの出力コイルのうち任意の４つの出力コイルにおいて生成される電気信号に基づき、入力軸２１および出力軸２２の回転角、ならびに入力軸２１に印加されるトルクの検出が可能である。５つの出力コイルのうちいずれか一の出力コイルに異常が発生した場合であれ、残りの４つの出力コイルを使用して、操舵トルクτなどを算出可能である。また、この場合、各出力コイルを第１あるいは第２のロータ３１，３２の回転方向に沿って等間隔に配設してもよい。６つ以上の出力コイルを設ける場合も同様である。
【００５４】
・第１および第２のロータ３１，３２の軸倍角は、適宜変更してもよい。ただし、互いの軸倍角は異ならせる。
・本例では、電動パワーステアリング装置１のトルクセンサ７を例に挙げて説明したが、当該トルクセンサ７は、電動パワーステアリング装置以外の用に供することも可能である。
【００５５】
＜他の技術的思想＞
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)請求項２に記載のトルク検出装置において、前記４つの出力コイルは、前記第１および第２のロータの回転方向に沿って、かつ第１および第３の出力コイル、ならびに第２および第４の出力コイルは、それぞれ互いに１８０°だけ配置をずらして設け、前記第１の抽出手段は、第１および第３の出力コイルにより生成される２つの電気信号の加算値を当該２つの電気信号を生成した出力コイルの個数である２で除算することにより前記電気信号から前記第２の信号成分が除去された第１の抽出信号を生成するとともに、第２および第４の出力コイルにより生成される２つの電気信号の加算値を当該２つの電気信号を生成した出力コイルの個数である２で除算することにより前記電気信号から前記第１の信号成分が除去された第２の抽出信号を生成し、前記第１および第２の抽出信号の逆正接値を前記第１の軸の電気角として算出し、前記第２の抽出手段は、第１および第３の出力コイルにより生成される２つの電気信号の減算値を当該２つの電気信号を生成した出力コイルの個数である２で除算することにより前記第１の信号成分が除去された第３の抽出信号を生成するとともに、第２および第４の出力コイルにより生成される２つの電気信号の減算値を当該２つの電気信号を生成した出力コイルの個数である２で除算することにより前記電気信号から前記第１の信号成分が除去された第４の抽出信号を生成し、前記第３および第４の抽出信号の逆正接値を前記第２の軸の電気角として算出するトルク検出装置。なお、先のステップＳ６０２，Ｓ６０３の演算結果は、それぞれ第１および第２の抽出信号に相当する。また、先のステップＳ６０５，Ｓ６０６の演算結果は、それぞれ第３および第４の抽出信号に相当する。
【符号の説明】
【００５６】
１：電動パワーステアリング装置、７：トルクセンサ（トルク検出装置）、１４：電子制御装置（ＥＣＵ）、１５：モータ、２１：入力軸（第１の軸）、２２：出力軸（第２の軸）、２３：トーションバー、３０：レゾルバステータ、３１：第１のレゾルバロータ、３２：第２のレゾルバロータ、３３a〜３３d：第１〜第４の出力コイル、３４：マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
【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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