JP2007322144A - 回転角度検出装置およびそれを備える電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置に適用することができる安価かつ高精度の回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１０２にレゾルバ３０を取り付ける。レゾルバ３０は、ステータハウジング３１に固定された輪状ステータ３２と回転軸部材３４に固定された輪状ロータ３３とを備える。輪状ロータ３３は、位置によって透磁率μが変化するように、磁性体によって作製される。ステータハウジング３１と回転軸部材３４とは、ねじ部３６によって螺接される。これにより、回転軸部材３４は、回転に伴って上下に移動する。その結果、回転に伴って輪状ロータ３３のうち輪状ステータ３２と対向している部分の透磁率μが変化する。これにより、レゾルバ３０から出力される角度信号Ｋの電圧レベルが変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多回転の絶対角度を検出するための回転角度検出装置およびそれを備える電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、角度を検出するためのセンサとしてレゾルバが知られている。レゾルバは、例えば電動パワーステアリング装置において、ブラシレスモータのロータの回転位置の検出やインプットシャフトおよびアウトプットシャフトの回転角度に基づく操舵トルク、操舵角の検出に用いられている。ところが、多回転の絶対角度を検出するためには、回転数を検出するためのセンサを備える構成あるいは２個のレゾルバを備える構成にしなければならなかった。そこで、ステータとロータとを含むようにして形成される磁気回路の磁気抵抗を回転に応じて変化させ（レゾルバから出力される）角度信号の電圧レベルを変化させることにより絶対角度を検出するバリアブルリラクタンス型のレゾルバの発明が、特許文献１および特許文献２に開示されている。

図７は、従来のバリアブルリラクタンス型のレゾルバ３８の構成を示す断面図である。なお、図７には、レゾルバ３８が電動パワーステアリング装置に用いられている例を示している。このレゾルバ３８は、ステータハウジング３１と輪状ステータ３２と輪状ロータ３９と回転軸部材３４とを備えている。輪状ステータ３２はステータハウジング３１に固定され、輪状ロータ３９は回転軸部材３４に固定されている。また、輪状ステータ３２と輪状ロータ３９とは対向している。輪状ステータ３２は巻線を有しているが、輪状ロータ３９は巻線を有しておらず磁性体で構成されている。

電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１０２にはキー１０３が設けられ、レゾルバ３８の回転軸部材３４にはキー溝３５が設けられている。回転軸部材３４のキー溝３５は、摺動自在にステアリングシャフト１０２のキー１０３に遊嵌されている。また、回転軸２００を中心にステアリングシャフト１０２の回転とともに回転軸部材３４が回転するようになっている。ここで、ステータハウジング３１と回転軸部材３４とは、ねじ部３６によって螺接されている。これにより、回転軸部材３４は、回転に伴って上下に移動する。

図８は、図７に示す従来のレゾルバ３８の動作について説明するための図である。上述したように、回転軸部材３４は、回転に伴って上下に移動する。このため、例えば、ハンドルの操舵角（絶対角度）が零度の時に図８（ａ）に示すような（輪状ステータ３２と輪状ロータ３９との）位置関係にあったものが、ハンドルが回転することによって図８（ｂ）に示すような位置関係となる。

上述したように輪状ロータ３９は磁性体で構成されており、輪状ステータ３２と輪状ロータ３９との対向する面積（以下、「対向面積」という。）によって磁気抵抗が変化する。より詳しくは、図８（ａ）に示すように対向面積が大きい時には磁気抵抗が低くなり、図８（ｂ）に示すように対向面積が小さい時には磁気抵抗が高くなる。このように、回転軸部材３４の回転に応じて磁気抵抗が変化し、その変化に伴って、レゾルバ３８から出力される角度信号の電圧レベルが変化する。これにより、その電圧レベルに基づいて回転数が検出され、絶対角度が求められている。

また、図７に示した構成において、輪状ロータの形状をテーパ状にしたレゾルバもある。このレゾルバでは、回転軸部材３４の回転に応じて対向面積が変化するだけではなく、輪状ステータ３２と輪状ロータ３９との隙間の距離（以下、「隙間距離」という。）が変化する。これにより、対向面積と隙間距離とに基づいて角度信号の電圧レベルが変化し、その電圧レベルに基づいて回転数が検出され、絶対角度が求められている。
特開２００３−２０２２４３号公報 特開２００３−２０２２４４号公報

ところが、図７に示した従来のレゾルバによると、レゾルバ３８から出力される角度信号の電圧レベルは上述の対向面積に依存する。その対向面積は、輪状ロータ３３が固定されている回転軸部材３４の上下移動に依存する。また、回転軸部材３４は、ねじ部３６が設けられることによって上下移動している。以上より、レゾルバ３８から出力される角度信号の電圧レベルは、ねじピッチのみにしたがって決まることになる。このため、角度信号の電圧レベルの調整が難しく、検出精度が十分であるとは言えない。また、輪状ロータの形状をテーパ状にしたレゾルバについても、電圧レベルの調整が容易であるとは言えない。さらに、コストの点についても、電動パワーステアリング全体としての低コスト化が従来より課題となっている。

そこで、本発明では、電動パワーステアリング装置に適用することができる安価かつ高精度の回転角度検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、所定の回転軸を中心に回転自在に構成された輪状ロータと前記輪状ロータの外側に設けられた輪状ステータとを備えたバリアブルリラクタンス型レゾルバ式の回転角度検出装置であって、
前記輪状ロータは、回転に伴って前記所定の回転軸方向に移動することによって前記輪状ステータと対向する部分が変化するように構成され、かつ、透磁率が前記所定の回転軸方向に変化するように構成され、
前記輪状ステータでは、前記輪状ロータのうち前記輪状ステータと対向する部分と前記輪状ステータとを含む所定の磁気回路の単位時間当たりの磁束の変化量に応じた電圧信号が生成されることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記輪状ロータは、磁性粉末を含有させた部材によって構成されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記輪状ロータは、透磁率の異なる複数の珪素鋼板を積層することによって構成されていることを特徴とする。

第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記輪状ロータは、透磁率が前記所定の回転軸方向に線形に増加または線形に減少するように構成されていることを特徴とする。

第５の発明は、トーションバーによって連結された第１のシャフトと第２のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトの回転角度を検出する、第１から第４までのいずれかの発明に係る回転角度検出装置を備えることを特徴とする。

第６の発明は、トーションバーによって連結された第１のシャフトと第２のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトのそれぞれに第１から第４までのいずれかの発明に係る回転角度検出装置を備え、当該回転角度検出装置によって検出された前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトの回転角度に基づき操舵トルクおよび操舵角を検出することを特徴とする。

上記第１の発明によれば、回転角度検出装置の輪状ロータは、その透磁率が（輪状ロータの回転軸方向について）一端ほど低く他端ほど高くなるように構成されている。また、輪状ロータは回転に伴って所定の回転軸方向に移動し、輪状ステータと輪状ロータとが対向する部分が変化する。ここで、バリアブルリラクタンス型レゾルバ式の回転角度検出装置では、角度信号の電圧レベルは、輪状ステータと輪状ロータとを含むようにして形成される磁気回路の磁気抵抗に依存する。また、磁気抵抗は輪状ロータの透磁率に依存する。本発明では、透磁率が変化するように構成されている輪状ロータが回転に伴って回転軸方向に移動するので、回転に応じて、輪状ロータのうち輪状ステータと対向している部分の透磁率が変化する。そして、その透磁率の変化に伴って磁気抵抗が変化するので角度信号の電圧レベルも変化する。逆に言えば、輪状ロータを作製するときに透磁率を調整することにより、角度信号の電圧レベルを調整することができる。このため、角度信号の電圧レベルを容易に調整することができ、多回転の絶対角度の検出精度が向上する。

上記第２の発明によれば、輪状ロータは磁性粉末を含有する部材によって構成されているところ、磁性粉末は粉状であるため、透磁率の変化を細かく調整することができる。このため、角度信号の電圧レベルをより細かく調整することができ、多回転の絶対角度の検出精度がより向上する。

上記第３の発明によれば、輪状ロータは珪素鋼板で構成されている。珪素鋼板は板状であるため、透磁率の異なる複数の珪素鋼板を積層することによって、所定の回転軸方向に透磁率が変化するように構成される輪状ロータを容易に実現することができる。

上記第４の発明によれば、輪状ロータの移動に伴う透磁率の変化が線形なものとなる。このため、輪状ロータの移動に伴う角度信号の電圧レベルの変化についても線形なものとなる。これにより、多回転の絶対角度の検出精度をより向上させることができる。

上記第５の発明によれば、電動パワーステアリング装置において、シャフトの回転角度が高い精度で検出される。これにより、例えば、ハンドルの操舵角を高い精度で検出することができる。

上記第６の発明によれば、ハンドルの操舵角を高い精度で検出することができる。このため、操舵フィーリングを良くすることができる。また、この回転角度検出装置によってハンドル操作による操舵トルクの検出が行われる。このため、電動パワーステアリング装置全体で必要な部品が削減され、コストが低減する。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。

＜１．レゾルバの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るバリアブルリラクタンス型レゾルバ式の回転角度検出装置（以下、「レゾルバ」という。）３０の構成を示す断面図である。このレゾルバ３０は、ステータハウジング３１と輪状ステータ３２と輪状ロータ３３と回転軸部材３４とを備えている。輪状ステータ３２はステータハウジング３１に固定され、輪状ロータ３３は回転軸部材３４に固定されている。また、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とは対向している。

本実施形態では、このレゾルバ３０は、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１０２に取り付けられる。ステアリングシャフト１０２は、その一端がハンドルに固着されている。図１に示すように、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１０２にはキー１０３が設けられ、レゾルバ３８の回転軸部材３４にはキー溝３５が設けられている。回転軸部材３４のキー溝３５は、摺動自在にステアリングシャフト１０２のキー１０３に遊嵌されている。また、回転軸２００を中心にステアリングシャフト１０２の回転とともに回転軸部材３４が回転するようになっている。ここで、ステータハウジング３１と回転軸部材３４とは、ねじ部３６によって螺接されている。これにより、回転軸部材３４は、回転に伴って上下に移動する。以上より、ハンドルが回転することによって、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との相対的な位置関係が変化する。

輪状ステータ３２は、外部から励磁信号が与えられる巻線（以下、「励磁巻線」という。）と、（回転角度と電圧との関係に着目したときに）絶対角度の零度を基準として正弦曲線状の電圧が誘起されるように構成された巻線（以下、「ｓｉｎ巻線」という。）と、絶対角度の零度を基準として余弦曲線状の電圧が誘起されるように構成された巻線（以下、「ｃｏｓ巻線」という。）とを有している。一方、輪状ロータ３３は巻線を有していない。輪状ロータ３３は後述するように磁性体によって構成され、回転角度に応じて輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との空隙が変化するように構成されている。このように、本実施形態に係るレゾルバ３０は、バリアブルリラクタンス（可変磁気抵抗）型と呼ばれる構成となっている。

図２は、本実施形態における輪状ロータ３３の構成を示す模式図である。輪状ロータ３３は磁性体によって構成されているところ、図２に示すように、回転軸方向に一端（図２では下）から他端（図２では上）にいくにしたがい透磁率が漸増するように磁性粉末が埋め込まれている。ここで、磁性体に含まれる磁性粉末が多いほど透磁率が高くなる。従って、図２に示す例では、回転軸方向に下から上にいくほど磁性体に含まれる磁性粉末の量が多くなっている。

＜２．絶対角度の検出＞
次に、本実施形態に係るレゾルバ３０での絶対角度の検出について説明する。外部から励磁巻線に励磁信号が与えられると、起磁力が生じ、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含むようにして磁気回路が形成される。このとき、励磁信号の電流をＩ、励磁巻線の巻数をＮ、磁気回路における磁気抵抗をＲ、磁気回路に生じる磁束をφとすると、次式（１）が成立する。
Ｉ×Ｎ＝Ｒ×φ ・・・（１）

一方、輪状ステータ３２では、磁束変化の時間微分に応じて、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に電圧が誘起される。

ここで、励磁巻線には交流の励磁信号が与えられる。巻数Ｎは一定であるので、仮に磁気抵抗Ｒが一定であれば、式（１）より、励磁信号の電流Ｉの変化に応じて磁束φは変化する。ところが、バリアブルリラクタンス型のレゾルバでは、上述のように、回転することによって輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との空隙が変化するように輪状ロータ３３が構成されている。このため、回転に応じて輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との空隙が変化し、磁気抵抗Ｒが変化する。従って、上記磁束φの大きさは、励磁信号の電流Ｉのみならず回転角度（回転位置）にも依存する。そして、励磁信号の電流Ｉと回転角度とに基づく磁束φの変化の時間微分に応じて、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に電圧が誘起される。また、上述のとおり、ｓｉｎ巻線には正弦曲線状の電圧が誘起され、ｃｏｓ巻線には余弦曲線状の電圧が誘起される。すなわち、位相が９０度ずれた２個の電圧が検出される。これらｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に誘起された２個の電圧によって回転角度（相対角度）が特定される。

本実施形態では、回転軸部材３４の回転に伴って、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との回転軸方向の相対的な位置関係が変化する。また、上述のように、輪状ロータ３３については、回転軸方向に一端（図２では下）から他端（図２では上）にいくにしたがい透磁率μが高くなるように構成されている。このため、輪状ロータ３３のうち輪状ステータ３２と対向している部分の透磁率μは、回転軸部材３４の回転に伴って変化する。

ここで、透磁率μが大きくなれば磁気抵抗Ｒは小さくなり、透磁率μが小さくなれば磁気抵抗Ｒは大きくなる。また、磁気抵抗Ｒと磁束φとは反比例の関係にある。従って、磁気回路に生じる磁束φは、透磁率μが大きくなれば大きくなり、透磁率μが小さくなれば小さくなる。本実施形態のように交流の励磁信号が与えられる場合には、励磁信号に応じて磁束φが時間的に変化し、磁束φの変化量（振幅）は、透磁率μが大きくなれば大きくなり、透磁率μが小さくなれば小さくなる。その結果、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に誘起される電圧（の振幅）も、同様に透磁率μに依存する。ところで、輪状ロータ３３のうち輪状ステータ３２と対向している部分の透磁率μは、上記のように回転軸部材３４の回転に伴って変化する。従って、輪状ロータ３３の回転角度が相対角度として同一であっても、絶対角度が異なれば、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に誘起される電圧の大きさが異なる。すなわち、同じ相対角度であっても、例えば１回転目に誘起される電圧と２回転目に誘起される電圧とが異なる大きさとなる。また、上述のように回転による輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との空隙の変化によっても誘起される電圧は変化するが、本実施形態では、ｓｉｎ巻線に誘起される電圧、ｃｏｓ巻線に誘起される電圧、およびｓｉｎ巻線に誘起される電圧の２乗値とｃｏｓ巻線に誘起される電圧の２乗値との和に基づいて、多回転したときの絶対角度を求めている。

＜３．レゾルバの動作＞
次に、図３を参照しつつ、本実施形態におけるレゾルバ３０の動作について説明する。図３（ａ）〜（ｅ）には、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との相対的な位置関係を示している。なお、以下において、輪状ステータ３２のｓｉｎ巻線に生じる電圧信号を「ｓｉｎ信号」といい、輪状ステータ３２のｃｏｓ巻線に生じる電圧信号を「ｃｏｓ信号」という。

図３（ａ）は、ハンドルの操舵角（絶対角度）が零度の時の輪状ステータ３２と輪状ロータ３３との位置関係を示している。この時には、輪状ロータ３３の透磁率μが中程度の部分が輪状ステータ３２と対向している。このため、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路の磁気抵抗Ｒの大きさは中程度のものとなり、磁束φの大きさは中程度の状態になる。これにより、このレゾルバ３０より出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは中程度のものとなる。

図３（ａ）に示す状態から右方向へハンドルの回転（１回転）が行われると、図３（ｂ）に示すような状態となる。この時には、輪状ロータ３３の透磁率μが比較的高い部分が輪状ステータ３２と対向している。このため、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路の磁気抵抗Ｒは比較的大きくなり、磁束φは比較的大きい状態になる。これにより、このレゾルバ３０より出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは比較的高いものとなる。

図３（ｂ）に示す状態からさらに右方向へハンドルの回転（１回転）が行われると、図３（ｃ）に示すような状態となる。この時には、輪状ロータ３３の透磁率μが最も高い部分が輪状ステータ３２と対向している。このため、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路の磁気抵抗Ｒはさらに大きくなり、磁束φはさらに大きい状態になる。これにより、このレゾルバ３０より出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは高いものとなる。

このようにして図３（ａ）に示す状態から図３（ｃ）に示す状態まで輪状ロータ３３の位置が変化すると、ハンドルが右方向に最大２回転したことが絶対値で検出できる。なお、ハンドルの左右の最大回転数がＮ回転（上記においては「Ｎ＝２」で説明）の場合には、ハンドルがＮ回転した時に図３（ｃ）に示す状態に輪状ロータ３３が移動する構成にすれば良い。

図３（ａ）に示す状態から左方向へハンドルの回転（１回転）が行われると、図３（ｄ）に示すような状態となる。この時には、輪状ロータ３３の透磁率μが比較的低い部分が輪状ステータ３２と対向している。このため、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路の磁気抵抗Ｒは比較的小さくなり、磁束φは比較的小さい状態になる。これにより、このレゾルバ３０より出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは比較的低いものとなる。

図３（ｄ）に示す状態からさらに左方向へハンドルの回転（１回転）が行われると、図３（ｅ）に示すような状態となる。この時には、輪状ロータ３３の透磁率μが最も低い部分が輪状ステータ３２と対向している。このため、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路の磁気抵抗Ｒはさらに小さくなり、磁束φはさらに小さい状態になる。これにより、このレゾルバ３０より出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは低いものとなる。

このようにして図３（ａ）に示す状態から図３（ｅ）に示す状態まで輪状ロータ３３の位置が変化すると、ハンドルが左方向に最大２回転したことが絶対値で検出できる。なお、左方向へのハンドルの回転においても、右方向への回転と同様に、Ｎ回転の絶対回転数を検出することができる。

以上のように、ハンドルの回転に応じて、輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路に生じる磁束φの大きさが変化し、相対角度が同じであってもレゾルバ３０から出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルが変化する。このため、相対角度が同じであっても、回転数が異なれば、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルは異なるものとなる。例えば、ハンドルが右方向へ最大Ｎ回転することができる場合、右方向への１回転目の相対角度が３０度の時の電圧レベル、２回転目の相対角度が３０度の時の電圧レベル、・・・、（Ｎ−１）回転目の相対角度が３０度の時の電圧レベル、Ｎ回転目の相対角度が３０度の時の電圧レベルは全て異なるものとなる。また、それらの電圧レベルの大きさは、１回転目が最も小さく、Ｎ回転目が最も大きくなる。さらに、或る状態から同じ回転数だけハンドルを回転させたときであっても、右方向へ回転したときの電圧レベルと左方向へ回転したときの電圧レベルとは異なっている。以上より、レゾルバ３０から出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の電圧レベルに基づいて回転方向と回転数と相対角度とが検出されるので、絶対角度を求めることができる。

＜４．電動パワーステアリング装置の全体構成＞
次に、上述のレゾルバ３０を電動パワーステアリング装置のトルクセンサに用いた例を説明する。図４は、電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するためのトルクセンサ３と、当該車両の走行速度を検出する車速センサ４と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生するモータ６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３および車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。

運転者がハンドル１００を操作すると、トルクセンサ３からのセンサ信号に基づいて検出される操舵トルクおよび操舵角と車速センサ４によって検出される車速とに基づいてＥＣＵ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作による運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクとモータ６の発生する操舵補助力Ｔａとの和が、出力トルクＴｂとして、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

＜５．トルクセンサの構成＞
図５は、この電動パワーステアリング装置のトルクセンサ３の構成を模式的に示した概略図である。このトルクセンサ３は、第１のレゾルバ３０ａと第２のレゾルバ３０ｂとを有している。第１のレゾルバ３０ａおよび第２のレゾルバ３０ｂの詳細な構成は、図１および図２に示したとおりである。トルクセンサ３内において、ハンドル１００に一端が固着された第１のシャフトとしてのステアリングシャフト（以下、「インプットシャフト」という。）１０２ａと、ラックピニオン機構１０４に一端が連結された第２のシャフトとしてのステアリングシャフト（以下、「アウトプットシャフト」という。）１０２ｂとが、トーションバー１０２ｃによって接続されている。第１のレゾルバ３０ａは、インプットシャフト１０２ａに設けられ、第２のレゾルバ３０ｂは、アウトプットシャフト１０２ｂに設けられている。すなわち、第１のレゾルバ３０ａはインプットシャフト１０２ａの回転角度を検出するために設けられ、第２のレゾルバ３０ｂはアウトプットシャフト１０２ｂの回転角度を検出するために設けられている。なお、インプットシャフト１０２ａの回転角度のうち絶対角度を符号θａで表し、アウトプットシャフト１０２ｂの回転角度のうち絶対角度を符号θｂで表す。

第１のレゾルバ３０ａからは、インプットシャフト１０２ａの絶対角度（以下、「第１の絶対角度」という。）θａを検出するための第１のｓｉｎ信号ｓｉｎθａと第１のｃｏｓ信号ｃｏｓθａとが出力される。第２のレゾルバ３０ｂからは、アウトプットシャフト１０２ｂの絶対角度（以下、「第２の絶対角度」という。）θｂを検出するための第２のｓｉｎ信号ｓｉｎθｂと第２のｃｏｓ信号ｃｏｓθｂとが出力される。ここで、ハンドル１００が回転すると、トーションバー１０２ｃがねじれ、第１の絶対角度θａと第２の絶対角度θｂとは異なる値となる。それらの絶対角度の差分（θａ−θｂ）に基づいて、ハンドル１００に加えられた操舵トルクが求められる。

＜６．制御装置の構成＞
図６は、上記電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵ５は、角度検出部１０と、トルク検出部１１と、目標電流演算部１２と、減算器１４と、ＰＩ制御部１５と、モータ駆動部２０と、電流検出器１９とを備えている。なお、ＥＣＵ５の構成要素のうち角度検出部１０、トルク検出部１１、目標電流演算部１２、減算器１４、およびＰＩ制御部１５は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。

トルクセンサ３は、ハンドル１００の操作に応じて、操舵角および操舵トルクを検出するための角度信号Ｋを出力する。この角度信号Ｋには、上述した第１のｓｉｎ信号ｓｉｎθａ、第１のｃｏｓ信号ｃｏｓθａ、第２のｓｉｎ信号ｓｉｎθｂ、および第２のｃｏｓ信号ｃｏｓθｂが含まれている。角度検出部１０は、角度信号Ｋに基づいて第１の絶対角度θａと第２の絶対角度θｂとを検出し、それら出力する。トルク検出部１１は、第１の絶対角度θａと第２の絶対角度θｂとを受け取り、それらの差分（θａ−θｂ）に基づいて操舵トルクを検出し、操舵トルク信号Ｔｓとして出力する。車速センサ４は、この電動パワーステアリング装置が搭載される車両の走行速度を検出し、その検出値を示す信号を車速信号Ｓｓとして出力する。

目標電流演算部１２は、ハンドルの操舵角としての第１の絶対角度θａと操舵トルク信号Ｔｓと車速信号Ｓｓとに基づき目標電流値Ｉｔを設定する。電流検出器１９は、モータ６に実際に供給される電流を検出し、その電流を示す電流検出値Ｉｓを出力する。減算器１４は、目標電流演算部１２から出力される目標電流値Ｉｔと電流検出器１９から出力される電流検出値Ｉｓとの偏差（Ｉｔ−Ｉｓ）を算出する。ＰＩ制御部１５は、この偏差（Ｉｔ−Ｉｓ）に基づき比例積分制御演算によって電圧指令値Ｖを生成する。モータ駆動部２０は、この電圧指令値Ｖに基づいて、モータ６に電圧を印加する。この電圧印加によりモータ６に電流が流れ、運転者のハンドル操作を補助している。

＜７．効果＞
本実施形態によると、レゾルバ３０の輪状ロータ３３は、その透磁率μが（輪状ロータ３３の）一端では低く、他端では高く、一端から他端へと漸増するように構成されている。また、レゾルバ３０の輪状ロータ３３が固定されている回転軸部材３４は、回転に伴って上下に移動する。ここで、レゾルバ３０から出力される角度信号Ｋの電圧レベルは輪状ステータ３２と輪状ロータ３３とを含む磁気回路に生じる磁束φの変化の大きさに依存するところ、磁束φの変化の大きさは輪状ロータ３３のうち輪状ステータ３２と対向している部分の透磁率μに依存する。本実施形態では、上述のようにレゾルバ３０の回転軸部材３４は回転に従って上下に移動するので、その回転に応じて、輪状ロータ３３のうち輪状ステータ３２と対向している部分の透磁率μが変化する。逆に言えば、輪状ロータ３３を作製するときに透磁率μを調整することによって、磁束φの変化に依存する角度信号Ｋの電圧レベルを調整することができる。このため、角度信号Ｋの電圧レベルを容易に調整することができ、その結果、多回転の絶対角度の検出精度が向上する。

本実施形態における輪状ロータ３３の透磁率μは、（図２において）下の方ほど低く、上の方ほど高くなっている。ここで、磁性体に含まれる磁性粉末の量を調整することによって、図２に示す透磁率μの変化が線形なものとなるように輪状ロータ３３を構成することができる。透磁率μの変化が線形なものになると、回転軸部材３４の移動に対する角度信号Ｋの電圧レベルの変化も線形なものとなる。これにより、多回転の絶対角度の検出精度がより高くなり、操舵フィーリングが向上する。

また、本実施形態によれば、電動パワーステアリング装置において、レゾルバ３０は、ハンドルの操舵角を検出するだけでなく、ハンドル操作によって加えられるトルクを検出するために機能する。このため、電動パワーステアリング装置全体で必要な部品が削減され、コストが低減する。

＜８．変形例＞
上記実施形態においては、輪状ロータ３３は磁性粉末を含有する磁性体によって構成されているものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。輪状ロータ３３は、透磁率μの異なる複数個の珪素鋼板を積層することによって構成されても良い。

本発明の一実施形態に係るバリアブルリラクタンス型レゾルバ式の回転角度検出装置の構成を示す断面図である。 上記実施形態において、輪状ロータの構成を示す模式図である。 上記実施形態において、レゾルバの動作について説明するための図である。 上記実施形態において、電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。 上記実施形態において、電動パワーステアリング装置のトルクセンサの構成を模式的に示した概略図である。 上記実施形態において、電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図。 従来例に係るレゾルバの構成を示す断面図である。 従来例において、レゾルバの動作を説明するための図である。

符号の説明

３…トルクセンサ、４…車速センサ、５…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６…モータ、３０…レゾルバ式の回転角度検出装置、３０ａ…第１のレゾルバ、３０ｂ…第２のレゾルバ、３１…ステータハウジング、３２…輪状ステータ、３３…輪状ロータ、３４…回転軸部材、３５…キー溝、１０２…ステアリングシャフト、１０２ａ…インプットシャフト、１０２ｂ…アウトプットシャフト、１０２ｃ…トーションバー、２００…回転軸

Claims (6)

1. 所定の回転軸を中心に回転自在に構成された輪状ロータと前記輪状ロータの外側に設けられた輪状ステータとを備えたバリアブルリラクタンス型レゾルバ式の回転角度検出装置であって、
   前記輪状ロータは、回転に伴って前記所定の回転軸方向に移動することによって前記輪状ステータと対向する部分が変化するように構成され、かつ、透磁率が前記所定の回転軸方向に変化するように構成され、
   前記輪状ステータでは、前記輪状ロータのうち前記輪状ステータと対向する部分と前記輪状ステータとを含む所定の磁気回路の単位時間当たりの磁束の変化量に応じた電圧信号が生成されることを特徴とする、回転角度検出装置。
2. 前記輪状ロータは、磁性粉末を含有させた部材によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記輪状ロータは、透磁率の異なる複数の珪素鋼板を積層することによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転角度検出装置。
4. 前記輪状ロータは、透磁率が前記所定の回転軸方向に線形に増加または線形に減少するように構成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の回転角度検出装置。
5. トーションバーによって連結された第１のシャフトと第２のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトの回転角度を検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転角度検出装置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。
6. トーションバーによって連結された第１のシャフトと第２のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトのそれぞれに請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転角度検出装置を備え、当該回転角度検出装置によって検出された前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトの回転角度に基づき操舵トルクおよび操舵角を検出することを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
   

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