JP2012173268A - 角度検出器及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減可能な角度検出器等を提供する。
【解決手段】 角度検出器１００は、第１の回転体１２と、第２の回転体３２と、前記第１の回転体及び前記第２の回転体を連結する連結部２２と、前記第１の回転体と連動する第１の副回転機構１３と、前記第１の副回転機構の回転状態を検出する第１の検出機構１４と、前記第２の回転体と連動する第２の副回転機構３３と、前記第２の副回転機構の回転状態を検出する第２の検出機構３４と、前記第１の副回転機構の回転状態と前記第２の副回転機構の回転状態とに基づき前記連結部のねじれ状態を演算する第１の演算部４２と、前記第１の回転体と連動する仮想の副回転機構１５の回転状態と前記第１の副回転機構の回転状態とに基づき前記第１の回転体の回転角を演算する第２の演算部４４とを備える。仮想の副回転機構１５の回転状態は、連結部２２のねじれ状態に基づく。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転角及びトルクを検出する角度検出器、並びに角度検出器を備える電動パワーステアリング装置等に関する。

自動車等の車両は、ステアリングホイールへの運転者による操作で生じる操舵トルクを補助するトルクを発生可能な電動パワーステアリング装置を備えることができ、電動パワーステアリング装置は、運転者の負担を軽減することができる。

例えば特許文献１の図３は、電動パワーステアリング装置に利用可能なトルクセンサを開示し、トルクセンサは、ねじれ角に基づき操舵トルクを演算することができる。具体的には、特許文献１の図３のトルクセンサは、ステアリングホイール３０に連結される入力軸３１の回転角θｍを突起物３２及びセンサＡで検出し、入力軸３１にトーションバー３７を介して連結される出力軸３３の回転角θｖを突起物３４及びセンサＢで検出する。特許文献１の図３のトルクセンサは、入力軸３１の回転角θｍから出力軸３３の回転角θｖを減算した値（ねじれ角）に基づき操舵トルクをアンプ４０で演算する。

また、特許文献１の図３のトルクセンサは、ねじれ角が小さいことを利用し、入力軸３１の回転角θｍ（ステアリングホイール３０の操舵角）として、出力軸３３の回転角θｖをアンプ４１で出力する。なお、回転角θｖを検出するトルクセンサは、本明細書において、角度検出器と呼ぶことができる。

特開２０００−３５２５０２号公報 特開２００５−３６２５号公報

特許文献１の図４（ｂ）から推測できるように、Ｂ出力（センサＢの出力）それ自身から出力軸３３の回転角θｖを広範囲で求めることはできない。具体的には、特許文献１の図４（ｂ）において、ある値を示すＢ出力は、０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θｖ＜３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第１の回転角θｖと３６０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θｖ＜７２０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第２回転角θｖとの双方に対応し、第１の回転角θｖと第２回転角θｖとを区別することができない。

ところで、例えば特許文献２の図１は、回転角度検出装置（回転角を広範囲に演算可能な装置）を開示する。特許文献２の図１の回転角度検出装置は、第１の検出手段１９（磁石１３及び磁気検出素子１４）と第２の検出手段４９（磁石４３及び磁気検出素子４４）との組み合わせで、回転体１１の回転角を検出する。具体的には、特許文献２の図２（ａ）で示すように、磁気検出素子１４（第１の検出手段１９）の出力と磁気検出素子４４（第２の検出手段４９）の出力との差は、−７２０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θ＜−３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第１の回転角θと、−３６０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θ＜−０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第２の回転角θと、０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θ＜３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第３の回転角θと、３６０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θ＜７２０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第４の回転角θとを区別することができる。

特許文献１の図３のトルクセンサで出力軸３３の回転角θｖを広範囲で求めるためには、本発明者は、特許文献２の図１の回転角度検出装置を考慮して特許文献１の図３のトルクセンサを改良できることを認識した。具体的には、改良されるトルクセンサは、特許文献２の第１の検出手段１９に対応する特許文献１の突起物３４及びセンサＢだけでなく、特許文献２の第２の検出手段４９に対応する他の突起物及び他のセンサを備える必要がある。しかしながら、特許文献１の図３のトルクセンサが他の突起物及び他のセンサをさらに備える場合、改良されるトルクセンサを製造するコストが増加する。また、改良されるトルクセンサの大きさが増加する。なお、このような問題は、本明細書の出願時において、当業者に知られていない。

本発明の１つの目的は、製造コストを低減可能な角度検出器等を提供することである。本発明の他の目的は、以下に述べる複数の形態及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う複数の形態のうちの幾つかの形態を例示する。

本発明に従う第１の形態は、第１の回転体と、
第２の回転体と、
前記第１の回転体及び前記第２の回転体を連結する連結部と、
前記第１の回転体と連動する第１の副回転機構と、
前記第１の副回転機構の回転状態を検出する第１の検出機構と、
前記第２の回転体と連動する第２の副回転機構と、
前記第２の副回転機構の回転状態を検出する第２の検出機構と、
前記第１の副回転機構の回転状態と前記第２の副回転機構の回転状態とに基づき前記連結部のねじれ状態を演算する第１の演算部と、
前記第１の回転体と連動する仮想の副回転機構の回転状態と前記第１の副回転機構の回転状態とに基づき前記第１の回転体の回転角を演算する第２の演算部と、
を備え、
前記仮想の副回転機構の回転状態は、前記連結部のねじれ状態に基づくことを特徴とする角度検出器に関係する。

仮想の副回転機構の回転状態が連結部のねじれ状態に基づくことを利用することで、角度検出器は、仮想の副回転機構の回転状態と第１の副回転機構の回転状態とに基づき第１の回転体の回転角を第２の演算部で演算することができる。角度検出器は、仮想の副回転機構を実際に備えていないので、角度検出器を製造するコストを低減させることができる。

第１の形態において、角度検出器は、
前記第２の副回転機構の回転状態と前記連結部のねじれ状態とに基づき前記仮想の副回転機構の回転状態を演算する第３の演算部を
さらに備えてもよい。

角度検出器は、連結部のねじれ状態に基づく仮想の副回転機構の回転状態を第３の演算部で演算することができる。

第１の形態において、前記第１の演算部は、前記連結部のねじれ状態に基づき前記第１の回転体の回転軸に発生しているトルクを演算してもよい。

角度検出器は、連結部のねじれ状態だけでなく、トルクを第１の演算部で演算することができる。

第１の形態において、前記第１の副回転機構は、第１の主ギアと、前記第１の主ギアと噛み合う第１の副ギアとを有してもよく、
前記第１の副回転機構の回転状態は、前記第１の副ギアの回転角であってもよく、
前記第２の副回転機構は、第２の主ギアと、前記第２の主ギアと噛み合う第２の副ギアとを有してもよく、
前記第２の副回転機構の回転状態は、前記第２の副ギアの回転角であってもよく、
前記仮想の副回転機構の回転状態は、前記第１の主ギアと噛み合う仮想の副ギアの回転角であってもよく、
前記第１の主ギア及び前記仮想の副ギアは、前記仮想の副回転機構を構成してもよい。

角度検出器は、第１の主ギアと噛み合う第１の副ギアの回転数及び仮想の副ギアの回転角の組み合わせで、第１の回転体の回転角を求めることができる。

第１の形態において、前記第１の主ギアと前記第１の副ギアと間のギア比は、前記第２の主ギアと前記第２の副ギアと間のギア比と異なってもよい。

第１の主ギアと第１の副ギアと間のギア比が第２の主ギアと第２の副ギアと間のギア比と異なることで、角度検出器は、第１の回転体の回転角を広範囲で求めることができる。

第１の形態において、前記第１の主ギアの歯数は、前記第２の主ギアの歯数と等しくてもよく、
前記第１の副ギアの歯数は、前記第２の副ギアの歯数と異なってもよい。

このような構成で、角度検出器は、第１の回転体の回転角を広範囲で求めることができる。

第１の形態において、前記第１の主ギアの歯数は、前記第２の主ギアの歯数と異なってもよく、
前記第１の副ギアの歯数は、前記第２の副ギアの歯数と等しくてもよい。

このような構成でも、角度検出器は、第１の回転体の回転角を広範囲で求めることができる。

本発明に従う第２の形態は、このような角度検出器と、
前記第１の回転体に接続されるステアリングホイールと、
前記第１の回転体の回転角及び前記連結部のねじれ状態の少なくとも１つに基づく補助トルクを生成する電動モータと、
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に関係する。

角度検出器は、仮想の副回転機構を実際に備えていないので、角度検出器の大きさを減少させることができ、従って、角度検出器を電動パワーステアリング装置に配置する時の自由度を向上させることができる。

当業者は、本発明に従う複数の形態の各々が、本発明の精神を逸脱することなく、変形され得ることを容易に理解できるであろう。

本発明に従う角度検出器の概略構成図を示す。 図１の角度検出器の比較例を示す。 図１の第１の副回転機構、第１の検出機構、第２の副回転機構、第２の検出機構、仮想の副回転機構及び仮想の検出機構の概略構成図を示す。 連結部のねじれ状態の概略説明図を示す。 回転角θａ及び回転角θｂの組み合わせと回転角Θとの関係を示す。 図１の角度検出器を備える電動パワーステアリング装置の構成例を示す。

以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

１．角度検出器
図１は、本発明に従う角度検出器の概略構成図を示す。図１に示されるように、角度検出器１００は、第１の回転体１２と、連結部２２と、第２の回転体３２とを備える。連結部２２は、第１の回転体１２及び第２の回転体３２を連結する。図１の例において、連結部２２の一端は、第１の回転体１２の一端に接続される一方、連結部２２の他端は、第２の回転体３２の一端に接続される。トルクＴは、例えば第１の回転体１２の他端側から入力し、連結部２２を介して、例えば第２の回転体３２の他端側から出力する。言い換えれば、トルクＴは、第１の回転体１２の回転軸で発生し、第３の回転体３２の回転軸でも発生する。

なお、第１の回転体１２の他端は、例えばステアリングホイール等の部材（図示せず）に接続してもよく、第２の回転体３２の他端は、例えばピニオン等の部材（図示せず）に接続してもよい。第１の回転体１２及び第２の回転体３２は、それぞれ、例えばステアリング系等の例えば棒状の形状を有する剛体であり、第１の回転体１２及び第２の回転体３２は、それぞれ入力軸及び出力軸と呼ぶことができる。連結部２２は、例えばトーションバー等の例えば棒状の形状を有する弾性体であり、第１の回転体１２（入力軸）が回転する時、連結部２２がねじれながら、第２の回転体３２（出力軸）が回転する。図１の例において、第１の回転体１２の回転軸は、第２の回転体３２の回転軸と一致し、連結部２２の中心軸（ねじれ軸）は、第１の回転体１２の回転軸と一致する。

図１の例において、角度検出器１００は、第１の検出機構１４と、第２の検出機構３４とを備える。第１の検出機構１４は、第１の回転体１２の回転状態を検出することができる。また、第２の検出機構３４は、第２の回転体３２の回転状態を検出することができる。角度検出器１００は、第１の副回転機構１３と、第２の副回転機構３３とをさらに備えることができる。第１の副回転機構１３の回転状態（θａ）は、第１の回転体１２の回転状態に連動し、第１の検出機構１４は、第１の回転体１２の回転状態を介して、第１の副回転機構１３の回転状態（θａ）を検出することができる。第２の副回転機構３３の回転状態（θｃ）は、第２の回転体３２の回転状態に連動し、第２の検出機構３４は、第２の回転体３２の回転状態を介して、第２の副回転機構３３の回転状態（θｃ）を検出することができる。第１の検出機構１４、第２の検出機構３４、第１の副回転機構１３及び第２の副回転機構３３の具体的な構成については、図３で後述する。

図１の例において、仮想の検出機構１６が点線で示されている。角度検出器１００は、仮想の検出機構１６を実際に備えていない。角度検出器１００において、第１の回転体１２の回転状態を検出する仮想の検出機構１６を仮定し、角度検出器１００は、第１の検出機構１４と仮想の検出機構１６との組み合わせで、第１の回転体１１の回転角Θを演算する。なお、第１の回転体１１の回転角Θを演算する手法については、「２．検出原理」で後述する。

図１の例において、仮想の副回転機構１５も点線で示されている。角度検出器１００は、仮想の副回転機構１５を実際に備えていない。仮想の副回転機構１５の回転状態（θｂ）は、第１の回転体１２の回転状態に連動することを仮定し、仮想の検出機構１６は、第１の回転体１２の回転状態を介して、仮想の副回転機構１５の回転状態（θｂ）を検出することができる。仮想の検出機構１６及び仮想の副回転機構１５の具体的な構成については、図３で後述する。

図１の例において、角度検出器１００は、第１の演算部４２と、第２の演算部４４と、第３の演算部４６とを備える。第１の演算部４２は、第１の検出機構１４で検出される第１の副回転機構１３の回転状態（θａ）と第２の検出機構３４で検出される第２の副回転機構３３の回転状態（θｃ）とに基づき、連結部２２のねじれ状態（α）を演算する。さらに、第１の演算部４２は、連結部２２のねじれ状態（α）に基づくトルクＴを演算する。第２の演算部４４は、第３の演算部４６で演算される演算結果（θｂ）と第１の検出機構１４で検出される第１の副回転機構１３の回転状態（θａ）とに基づき、回転体１１の回転角θを演算する。第３の演算部４６は、第２の検出機構３４で検出される第２の副回転機構３３の回転状態（θｃ）と第１の演算部４２で演算される連結部２２のねじれ状態（α）とに基づき、仮想の検出機構１６で検出される仮想の副回転機構１５の回転状態（θｂ）を演算する。

図２は、図１の角度検出器１００の比較例を示す。図２において、図１の符号と同一の符号は、図１の構成と同一の構成を示し、その同一の構成についての説明を省略する。図２に示されるように、角度検出器２００は、図１の仮想の検出機構１６に対応する実際の第３の検出機構１８を備える。また、角度検出器２００は、図１の仮想の副回転機構１５に対応する実際の第３の副回転機構１７を備える。なお、角度検出器２００は、本明細書の出願時において、当業者に知られていない。

図１の角度検出器１００は、図２の第３の検出機構１８の代わりに第３の演算部４６を備えるので、角度検出器１００を製造するコストを低減させることができる。言い換えれば、一般に、第３の演算部４６を角度検出器１００に組み込むコストは、一般に、第３の検出機構１８を角度検出器２００に組み込むコストよりも低い。また、図１の角度検出器１００は、図２の第３の検出機構１８の代わりに第３の演算部４６を備えるので、角度検出器１００の大きさを減少させることができる。加えて、図１の角度検出器１００に関わる第１の検出機構１４及び第２の検出機構３４を配置する時の自由度は、図２の角度検出器２００に関わる第１の検出機構１４、第２の検出機構３４及び第３の検出機構１８を配置する時の自由度よりも高い。

図３は、図１の第１の副回転機構１３、第１の検出機構１４、第２の副回転機構３３、第２の検出機構３４、仮想の副回転機構１５及び仮想の検出機構１６の概略構成図を示す。図３の例において、図１の第１の副回転機構１３は、第１の主ギア１３１と、第１の副ギア１３２とを有する。第１の主ギア１３１は、連結部２２の一端に接続される第１の回転体１２の一端側で、第１の回転体１２の外周を構成する。第１の主ギア１３１が第１の副ギア１３２と協働するので、第１の回転体１２の回転状態は、第１の副ギア１３２の回転状態に反映される。第１の主ギア１３１がＭａ個の歯を有し、第１の副ギア１３２がＳａ個の歯を有する場合、第１の主ギア１３１と第１の副ギア１３２との間のギア比は、Ｍａ／Ｓａで表すことができる。図１の第１の副回転機構１３は、図３の例に限定されず、第１の回転体１２の回転状態が反映される第１の副ギア１３２等の副回転体を有することができる。

図３の例において、図１の第１の検出機構１４は、第１の磁石１４１と、第１の磁気検出素子１４２とを有する。第１の磁石１４１は、第１の副ギア１３２に固定され、第１の磁気検出素子１４２は、第１の副ギア１３２の回転状態を第１の磁石１４１から生じる磁気の変化で検出する。図１の第１の検出機構１４は、図３の例に限定されず、第１の副ギア１３２の回転状態を検出する第１の磁気検出素子１４２等の検出素子を有することができる。図３の第１の磁気検出素子１４２（又は図１の第１の検出機構１４）は、第１の副ギア１３２の回転角θａを検出できる。

図３の例において、図１の第２の副回転機構３３は、第２の主ギア３３１と、第２の副ギア３３２とを有する。第２の主ギア３３１は、連結部２２の他端に接続される第２の回転体３２の一端側で、第２の回転体３２の外周を構成する。第２の回転体３２の回転状態は、第２の副ギア３３２の回転状態に反映される。第２の主ギア３３１がＭｂ個の歯を有し、第２の副ギア３３２がＳｃ個の歯を有する場合、第２の主ギア３３１と第２の副ギア３３２との間のギア比は、Ｍｂ／Ｓｃで表すことができる。図３の例において、図１の第２の検出機構３４は、第２の磁石３４１と、第２の磁気検出素子３４２とを有する。第２の磁石３４１は、第２の副ギア３３２に固定され、第２の磁気検出素子３４２は、第２の副ギア３３２の回転状態を第２の磁石３４１から生じる磁気の変化で検出する。図３の第２の磁気検出素子１４２（又は図１の第２の検出機構３４）は、第２の副ギア３３２の回転角θｃを出力できる。

図３の例において、図１の仮想の副回転機構１５は、第１の主ギア１３１と、仮想の副ギア１５２とを有することを仮定する。第１の回転体１２の回転状態は、仮想の副ギア１５２の回転状態に反映されることを仮定する。仮想の副ギア１５２がＳｂ個の歯を有することを仮定する。第１の主ギア１３１と仮想の副ギア１５２との間のギア比は、Ｍａ／Ｓｂで表すことができる。図３の例において、図１の仮想の検出機構１６は、仮想の磁石１６１と、仮想の磁気検出素子１６２とを有することを仮定する。仮定の磁石１６１は、仮想の副ギア１５２に固定され、仮想の磁気検出素子１６２は、仮想の副ギア１５２の回転状態を仮想の磁石１６１から生じる磁気の変化で検出することを仮定する。図３の仮想の磁気検出素子１６２（又は図１の仮想の検出機構１６）は、仮想の副ギア１５２の回転角θｂを出力できることを仮定する。

なお、図２の第３の副回転機構１７は、図３の第１の主ギア１３１及び仮想の副ギア１５２と同様な構成を有することができ、図２の第３の検出機構１８は、図３の仮想の磁石１６１及び仮想の磁気検出素子１６２と同様な構成を有することができる。

２．検出原理
２．１．変化量α
図４は、連結部２２のねじれ状態の概略説明図を示し、連結部２２の一端と他端との間のねじれ角φが示されている。連結部２２のねじれ角φの変化量α（＝ｄφ）は、図３の第１の主ギア１３１の回転角の変化量と第２の主ギア３３１の回転角の変化量との差で表すことができる。

第１の主ギア１３１の回転角の変化量は、図３の第１の磁気検出素子１４２で検出される第１の副ギア１３２の回転角θａの変化量ｄθａ（＝θａ−θａ−１）と、第１の主ギア１３１と第１の副ギア１３２との間のギア比Ｍａ／Ｓａとを用いて、例えば以下の（式１）で表すことができる。但し、変化量ｄθａは、今回検出される回転角θａと前回検出された回転角θａ−１との差である。

第２の主ギア３３１の回転角の変化量は、図３の第２の磁気検出素子３４２で検出される第２の副ギア３３２の回転角θｃの変化量ｄθｃと、第２の主ギア３３１と第２の副ギア３３２との間のギア比Ｍｂ／Ｓｃとを用いて、例えば以下の（式２）で表すことができる。但し、変化量ｄθｃは、今回検出される回転角θｃと前回検出された回転角θｃ−１との差である。

連結部２２のねじれ角φの変化量αは、（式１）及び（式２）を用いて、例えば以下の（式３）で表すことができる。

図１の第１の演算部４２は、（式３）で表される変化量αを第３の演算部４６に出力するとともに、トルクＴを演算することができる。なお、第１の演算部４２は、角度検出器１００の出力として、トルクＴの代わりに、トルクＴと関連するαを出力してもよい。

２．２．トルクＴ
変化量αから求めることができる単位時間当たりの変化量ｄαは、トルクＴと比例するので、トルクＴは、例えば以下の（式４）で表すことができる。但し、Ｋは、比例係数であり、ｄｔは、今回の回転角θａ及び回転角θｃが検出される時刻と前回の回転角θａ−１及び回転角θｃ−１が検出される時刻との差である。

図１の第１の演算部４２は、（式４）で表されるトルクＴを演算することができる。

２．３．回転角θｂ
仮想の副ギア１５２の回転角θｂは、第２の副ギア３３２の回転角θｃと、連結部２２のねじれ角φの変化量αと、第２の主ギア３３１と第２の副ギア３３２との間のギア比Ｍｂ／Ｓｃとを用いて、例えば以下の（式５）で表すことができる。

図１の第３の演算部４６は、（式５）で表される仮想の副ギア１５２の回転角θｂを演算することができる。

２．４．回転角Θ
第１の回転体１１の回転角Θは、図１の第３の演算部４６で演算される図３の仮想の副ギア１５２の回転角θｂと、図３の第１の磁気検出素子１４２で検出される第１の副ギア１３２の回転角θａとを用いて、広範囲に求めることができる。

図５は、回転角θａ及び回転角θｂの組み合わせと回転角Θとの関係を示す。図５の例において、実線は、図３の第１の副ギア１３２を示し、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、２０である。点線は、仮想の副ギア１５２を示し、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、２１である。歯数Ｓａ及び歯数Ｓｂは、互いに素であるので、図５の例において、第１の副ギア１３２（実線）が２１回転する時、仮想の副ギア１５２（点線）は、２０回転する。図５の例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、８４であり、第１の副ギア１３２（実線）が２１回転する時、又は仮想の副ギア１５２（点線）が２０回転する時、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、５回転する。

従って、図５から推測できるように、０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θａ＜３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の回転角θａと０［ｄｅｇｒｅｅ］≦θｂ＜３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の回転角θｂとの組み合わせは、０［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θ＜３６０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第１の回転角Θと、３６０［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θ＜７２０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第２の回転角Θと、７２０［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θ＜１０８０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第３の回転角Θと、１０８０［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θ＜１４４０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第４の回転角Θと、１４４０［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θ＜１８００［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲の第５の回転角Θとを区別することができる。

なお、回転角Θを−９００［ｄｅｇｒｅｅ］だけオフセットする場合、回転角θａ及び回転角θｂの組み合わせは、オフセット後の広範囲（−９００［ｄｅｇｒｅｅ］≦Θｏ＜９００［ｄｅｇｒｅｅ］）回転角Θｏを区別することができる。回転角Θｏ＝０［ｄｅｇｒｅｅ］を中心として、第１の回転体１１が例えば左に２．５回転する時、回転角Θｏは、−９００［ｄｅｇｒｅｅ］を示す。第１の回転体１１が例えば右に２．５回転する時、回転角Θｏは、９００［ｄｅｇｒｅｅ］を示す。

図１の第２の演算部４４は、図５で示されるような関係を用いて、オフセット前の第１の回転体１１の回転角Θ又はオフセット後の回転角Θｏを演算することができる。

具体的には、図５で示されるような関係は、例えば以下の（式６）又は（式７）で表すことができる。

２．５．前提条件
第１の回転体１１の回転角Θ（回転角Θｏ）を広範囲で求めるためには、（式５）で求める仮想の副ギア１５２の回転角θｂは、第１の副ギア１３２の回転角θａと異なることが必要である。言い換えれば、第１の主ギア１３１と第１の副ギア１３２との間のギア比Ｍａ／Ｓａは、第２の主ギア３３１と第２の副ギア３３２との間のギア比Ｍｂ／Ｓｃと異なればよい。具体的には、前提条件の１例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、第２の主ギア３３１の歯数Ｍｂと等しく、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと異なり、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと等しい。

代替的に、前提条件の１例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、第２の主ギア３３１の歯数Ｍｂと異なり、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと等しく、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと等してもよい。

代替的に、前提条件の１例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、第２の主ギア３３１の歯数Ｍｂと異なり、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと等しく、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと異なってもよい。

代替的に、前提条件の１例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、第２の主ギア３３１の歯数Ｍｂと異なり、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと異なり、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと等してもよい。

代替的に、前提条件の１例において、第１の主ギア１３１の歯数Ｍａは、第２の主ギア３３１の歯数Ｍｂと異なり、第１の副ギア１３２の歯数Ｓａは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと異なり、仮想の副ギア１５２の歯数Ｓｂは、第２の副ギア３３２の歯数Ｓｃと異なってもよい。

３．電動パワーステアリング装置
図６は、図３の角度検出器１００を備える電動パワーステアリング装置の構成例を示す。図６に示されるように、第１の回転体１２の一端に第１の主ギア１３１が形成される。また、第１の回転体１２の他端は、自在軸継手５２３，５２３及びステアリングシャフト５２２を介してステアリングホイール５２１に接続されている。さらに、第２の回転体３２の一端に第２の主ギア３３１が形成され、第２の回転体３２の他端は、ピニオン５３１に接続されている。

図６の例において、電動パワーステアリング装置５１０は、例えば自動車等の車両のスステアリングホイール５２１から車両の操舵車輪（例えば前輪）５２９，５２９に至るステアリング系５２０と、このステアリング系５２０に補助トルクを加える補助トルク機構５４０とを備える。

ステアリング系５２０において、ステアリングホイール５２１は、ステアリングシャフト２２及び自在軸継手５２３，５２３を介して第１の回転体１２に接続され、第１の回転体１２（入力軸）は、連結部２２を介して第２の回転体３２（出力軸）に接続される。さらに、第２の回転体３２は、ラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６に接続され、ラック軸５２６の両端は、左右のタイロッド５２７，５２７及びナックル５２８，５２８を介して左右の操舵車輪５２９，５２９に接続される。ラック軸５２６に形成されるラック５３２は、第２の回転体３２の他端に形成されるピニオン５３１と噛み合い、ラックアンドピニオン機構５２５は、ラックアンドピニオン歯車を構成する。運転者がステアリングホイール５２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構５２５及び左右のタイロッド５２７，５２７を介して、左右の操舵車輪５２９，５２９を操舵することができる。

補助トルク機構５４０は、ステアリングホイール５２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクＴ及びステアリングホイール５２１の操舵角Θ（第１の回転体１２の回転角Θ）を第１の演算部４２、第２の演算部４４及び第３の演算部４６（第１の磁気検出素子１４２及び第２の磁気検出素子３４２）で検出し、この検出信号に基づく制御信号を制御部５４２で生成する。補助トルク機構５４０は、この制御信号に基づく補助トルクを電動モータ５４３で生成し、補助トルクを伝動機構５４４を介して第２の回転体３２（出力軸）に伝達する。この補助トルクによりラックアンドピニオン機構５２５及び左右のタイロッド５２７，５２７を介して、左右の操舵車輪５２９，５２９を操舵することができる。図６の例において、伝動機構５４４は、電動モータ５４３と第２の回転体３２との間に設けられるが、電動モータ５４３とラック軸５２６との間に設けてもよい。また、補助トルク機構５４０は、操舵トルクＴを第１の演算部４２で検出するが、補助トルク機構５４０は、操舵トルクＴの代わりに連結部２２のねじれ状態を第１の演算部４２で検出してもよく、この場合、検出信号がねじれ状態を表してもよい。

なお、制御部５４２において生成する制御信号は、操舵トルクＴ及び操舵角Θの少なくとも１つに基づき、従って、補助トルクも、操舵トルクＴ及び操舵角Θの少なくとも１つに基づく。言い換えれば、補助トルクは、操舵トルクＴだけに基づいてもよく、操舵角Θだけに基づいてもよく、操舵トルクＴ及び操舵角Θの双方に基づいてもよい。加えて、補助トルク機構５４０が図示しない例えば速度センサで車両の速度等の検出値を検出する場合、制御部５４２において生成する制御信号は、操舵トルクＴ、操舵角Θ及び検出値（例えば車両の速度）の少なくとも１つに基づくことができる。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１２・・・第１の回転体、１３・・・第１の副回転機構、１４・・・第１の検出機構、１５・・・仮想の副回転機構、１６・・・仮想の検出機構、１７・・・第３の副回転機構、１８・・・第３の検出機構、２２・・・連結部、３２・・・第２の回転体、３３・・・第２の副回転機構、３４・・・第２の検出機構、４２・・・第１の演算部、４４・・・第２の演算部、４６・・・第３の演算部、１００・・・角度検出器、１３１・・・第１の主ギア、１３２・・・第１の副ギア、１４１・・・第１の磁石、１４２・・・第１の磁気検出素子、１５２・・・仮想の副ギア、１６１・・・仮想の磁石、１６２・・・仮想の磁気検出素子、２００・・・角度検出器、３３１・・・第２の主ギア、３３２・・・第２の副ギア、３４１・・・第２の磁石、３４２・・・第２の磁気検出素子、５１０・・・電動パワーステアリング装置、５２０・・・ステアリング系、５２１・・・ステアリングホイール、５２２・・・ステアリングシャフト、５２３・・・自在軸継手、５２５・・・ラックアンドピニオン機構、５２６・・・ラック軸、５２７・・・タイロッド、５２８・・・ナックル、５２９・・・操舵車輪、５３１・・・ピニオン、５３２・・・ラック、５４０・・・補助トルク機構、５４２・・・制御部、５４３・・・電動モータ、５４４・・・伝動機構、Ｍａ・・・第１の主ギア１３１の歯数、Ｍｂ・・・第２の主ギア３３１の歯数、Ｓａ・・・第１の副ギア１３２の歯数、Ｓｂ・・・仮想の副ギア１５２の歯数、Ｓｃ・・・第２の副ギア３３２の歯数、α・・・連結部２２のねじれ角φの変化量、θａ・・・第１の副ギア１３２の回転角、θｂ・・・仮想の副ギア１５２の回転角、θｃ・・・第２の副ギア３３２の回転角

Claims (8)

1. 第１の回転体と、
   第２の回転体と、
   前記第１の回転体及び前記第２の回転体を連結する連結部と、
   前記第１の回転体と連動する第１の副回転機構と、
   前記第１の副回転機構の回転状態を検出する第１の検出機構と、
   前記第２の回転体と連動する第２の副回転機構と、
   前記第２の副回転機構の回転状態を検出する第２の検出機構と、
   前記第１の副回転機構の回転状態と前記第２の副回転機構の回転状態とに基づき前記連結部のねじれ状態を演算する第１の演算部と、
   前記第１の回転体と連動する仮想の副回転機構の回転状態と前記第１の副回転機構の回転状態とに基づき前記第１の回転体の回転角を演算する第２の演算部と、
   を備え、
   前記仮想の副回転機構の回転状態は、前記連結部のねじれ状態に基づくことを特徴とする角度検出器。
2. 前記第２の副回転機構の回転状態と前記連結部のねじれ状態とに基づき前記仮想の副回転機構の回転状態を演算する第３の演算部を
   さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の角度検出器。
3. 前記第１の演算部は、前記連結部のねじれ状態に基づき前記第１の回転体の回転軸に発生しているトルクを演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の角度検出器。
4. 前記第１の副回転機構は、第１の主ギアと、前記第１の主ギアと噛み合う第１の副ギアとを有し、
   前記第１の副回転機構の回転状態は、前記第１の副ギアの回転角であり、
   前記第２の副回転機構は、第２の主ギアと、前記第２の主ギアと噛み合う第２の副ギアとを有し、
   前記第２の副回転機構の回転状態は、前記第２の副ギアの回転角であり、
   前記仮想の副回転機構の回転状態は、前記第１の主ギアと噛み合う仮想の副ギアの回転角であり、
   前記第１の主ギア及び前記仮想の副ギアは、前記仮想の副回転機構を構成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の角度検出器。
5. 前記第１の主ギアと前記第１の副ギアと間のギア比は、前記第２の主ギアと前記第２の副ギアと間のギア比と異なることを特徴とする請求項４に記載の角度検出器。
6. 前記第１の主ギアの歯数は、前記第２の主ギアの歯数と等しく、
   前記第１の副ギアの歯数は、前記第２の副ギアの歯数と異なることを特徴とする請求項５に記載の角度検出器。
7. 前記第１の主ギアの歯数は、前記第２の主ギアの歯数と異なり、
   前記第１の副ギアの歯数は、前記第２の副ギアの歯数と等しいことを特徴とする請求項５に記載の角度検出器。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の角度検出器と、
   前記第１の回転体に接続されるステアリングホイールと、
   前記第１の回転体の回転角及び前記連結部のねじれ状態の少なくとも１つに基づく補助トルクを生成する電動モータと、
   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。

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