JP4882513B2 - 回転角検出装置およびトルクセンサ - Google Patents

Description

本発明は、レゾルバ方式による回転角検出装置およびそれを使用したトルクセンサに関するものであり、更に詳しくは、そのような回転角検出装置においてステータに巻線を施すための構成に関する。

従来より、レゾルバ方式による回転角検出装置が広く使用されている。例えば電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転角の検出や、操舵角の検出、操舵トルクの検出等にレゾルバ方式による回転角検出装置が使用されている。

ステアリング装置では、ステアリングホイール（ハンドル）が運転者によって操作されると、その操作によるハンドルの回転が、ステアリングシャフトによってラックピニオン機構に伝達され、ラックピニオン機構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等を介して車輪に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪の向きが変わる。電動パワーステアリング装置は、このような構成において運転者の操舵操作における負荷を軽減すべく、ステアリングシャフトまたはラック軸に操舵補助力を与える電動モータを備えており、この電動モータは、ハンドル操作によってステアリングシャフトに加えられる操舵トルクに基づき駆動される。この操舵トルクを検出するために、ステアリングシャフトは、一端がハンドルに固着された入力軸と、当該入力軸の他端に一端が連結されたトーションバーと、当該トーションバーの他端に一端が連結された出力軸とからなり、ハンドル操作による当該トーションバーの捻れが２個の回転角検出装置によって検出される。すなわち、２個の回転角検出装置の一方がトーションバーの一端の回転角を検出するとともに、他方がトーションバーの他端の回転角を検出し、検出された２つの回転角の差分から操舵トルクが求められる。

このように２個の回転角検出装置を使用して操舵トルクが検出されるトルクセンサでは、トーションバーの端部の回転角度を高精度で検出することが要求される。ところで、レゾルバ方式の回転角検出装置におけるステータには、通常、ｓｉｎ巻線とｃｏｓ巻線からなる２相巻線が施されている。このような回転角検出装置では、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に必要なターン数を確保しつつ両巻線間でインピーダンスを同一にすることにより、回転角を高精度に検出することができる。そのため、従来、ｃｏｓ巻線およびｓｉｎ巻線は、環状のステータ６１１に所定間隔でスロット６０２と交互に形成された各歯部６０３に、図９に示すようにマグネットワイヤを順次巻くことによって形成されていた。

すなわち、ステータ６１１上の位置Ｗｓ１を始点としてｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤをステータ６１１の円周方向１８０度分の各歯部６０３に順に巻いた後、一旦、歯部６０３への巻回を停止する。そして、未だマグネットワイヤの巻かれていない残りの１８０度分の各歯部６０３に、ステータ６１１上の位置Ｗｓ２を始点としてｓｉｎ巻線形成のためのマグネットワイヤを順に巻き、続いて、既にｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤの巻かれた１８０度分の各歯部６０３に重ねてｓｉｎ巻線形成のためのマグネットワイヤを順に巻く。このような３６０度分の各歯部６０３へのマグネットワイヤの巻回によってｓｉｎ巻線を形成する。その後、ｓｉｎ巻線形成のためのマグネットワイヤの巻かれた１８０度分の各歯部６０３に、ステータ６１１上の位置Ｗｓ３を始点として、重ねてｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤを順に巻く。

上記のようにしてｓｉｎ巻線とｃｏｓ巻線が形成されると、図１０に示すように、ステータ６１１の１８０度分の各歯部６０３に対しては、ｓｉｎ巻線６１ａを構成するコイルの外周にｃｏｓ巻線６１ｂを構成するコイルが配置され、ステータ６１１の残りの１８０度分の各歯部６０３に対しては、ｃｏｓ巻線６１ｂを構成するコイルの外周にｓｉｎ巻線６１ａを構成するコイルが配置される。これにより、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に必要なターン数を確保しつつ両巻線間でインピーダンスを同一にすることができる。
特開平６−２２９７８０号公報

しかし、ステータにおけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の上記従来の形成方法では、ｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤの各歯部６０３への巻回が途中で停止され、ｓｉｎ巻線形成のためのマグネットワイヤの各歯部６０３への巻回が終了した後に、ｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤの各歯部６０３への巻回が再開される。このため、その巻回の再開位置Ｗｓ３でｃｏｓ巻線形成のためのマグネットワイヤを接続するための中継基板が必要となる（図９参照）。このような中継基板によるマグネットワイヤの接続のための部品代と組み付け費は、レゾルバ方式の回転角検出装置のコストに反映され、コスト低減の阻害要因となる。

一方、特許文献１には、各スロット毎に順次巻回した巻線グループを直列接続して１相分巻線群を構成し、この１相分巻線群をｎ個用いてｎ相巻線群を構成する検出器用巻線の正弦波巻線方法が開示されており、これによる効果として、自動巻線機による巻線が可能になることが記載されている。また、この特許文献１には、前記ｎ相分巻線群をＳＩＮ相とＣＯＳ相でレゾルバを構成し、ＳＩＮ相とＣＯＳ相は各スロットの奥側と手前側に交互に設けるという巻線方法も開示されている。そして、この巻線方法の効果として、２相のコイルのスロット内での位置が均一化されるため精度が安定化し改善されることが述べられている。しかし、ＳＩＮ相とＣＯＳ相を各スロットの奥側と手前側に交互に設けるという巻線方法を、必要な巻数を確保しつつＳＩＮ相とＣＯＳ相との間でインピーダンスが正確に一致するように実施するのは必ずしも容易ではなく、そのような巻線方法を実施するためにコストの増大を招くおそれもある。

そこで本発明は、従来よりも価格性能比（単価当たりの検出精度）を向上させた安価かつ高精度のレゾルバ方式の回転角検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、レゾルバ方式の回転角検出装置であって、
所定軸を中心に回転自在に構成されたロータと、
前記ロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状のステータとを備え、
前記ステータは、
各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記ステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
前記少なくとも２つの巻線領域に異なる相の巻線が配置されるように２以上の所定相数の巻線を施されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記ステータは、前記複数のスロットの位置的に対応する巻線領域に同一相の巻線が配置されるように前記所定相数の巻線を施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、
前記ステータは、前記複数のスロットのそれぞれに含まれる前記少なくとも２つの巻線領域のうち同一相の巻線が配置される巻線領域がスロット毎に順次入れ替わるように前記所定相数の巻線を施されていることを特徴とする。

第４の発明は、所定軸を中心に回転自在に構成されたトーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサであって、
前記トーションバーの一端の回転角を示す第１の検出信号を出力する第１の回転角検出装置と、
前記トーションバーの他端の回転角を示す第２の検出信号を出力する第２の回転角検出装置と、
前記第１および第２の検出信号に基づき、前記トーションバーに加わるトルクを検出するトルク検出手段とを備え、
前記第１の回転角検出装置は、
前記所定軸を中心に回転自在に構成され、前記トーションバーに前記一端と一体的に回転するように結合された第１のロータと、
前記第１のロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状の第１のステータとを含み、
前記第２の回転角検出装置は、
前記所定軸を中心に回転自在に構成され、前記トーションバーに前記他端と一体的に回転するように結合された第２のロータと、
前記第２のロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状の第２のステータとを含み、
前記第１のステータは、各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記第１のステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
前記第２のステータは、各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記第２のステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
前記第１および第２のステータのそれぞれは、前記少なくとも２つの巻線領域に異なる相の巻線が配置されるように２以上の所定相数の巻線を施されていることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、ステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部が設けられている。これにより、異なる相の巻線がステータの半径方向に確実に分離されて各スロットに配置されるので、中継基板による結線を必要とすることなく、各相の巻線のインピーダンスを互いに同一とすることができる。また、例えばｓｉｎ巻線とｃｏｓ巻線からなる２相の巻線がステータに施される場合において、各スロットにおける仕切り部の存在により、自動巻線機によってもｓｉｎ巻線とｃｏｓ巻線とが確実かつ正確にステータの半径方向に分離されて各スロットに配置されるので、ｓｉｎ巻線とｃｏｓ巻線を各スロットの奥側と手前側に交互に設けるという方法を採用しなくとも、両巻線間でインピーダンスを同一にすることができる。したがって、従来よりも価格性能比を向上させた安価で高精度のレゾルバ方式の回転角検出装置を提供することができる。

上記第２の発明によれば、ステータの各スロットにおける半径方向の異なる位置に異なる相の巻線が配置されるように仕切り部が設けられており、かつ、各スロットの位置的に対応する巻線領域に同一相の巻線が配置される。これにより、高い検出精度を確保しつつステータにおける巻線形成のコストをより低減することができる。

上記第３の発明によれば、ステータの各スロットにおける半径方向の異なる位置に異なる相の巻線が配置されるように仕切り部が設けられており、かつ、各スロットにおいて当該仕切り部で分離された少なくとも２つの巻線領域のうち同一相の巻線が配置される巻線領域がスロット毎に順次入れ替わる。これにより、仕切り部に起因する漏れ磁束があっても、各相の巻線のインピーダンスを互いに一致させることができるので、ステータにおける巻線形成のコストの増大を抑えつつ、検出精度をより向上させることができる。

上記第４の発明によれば、上記第１の発明に係る回転角検出装置と同様の安価かつ高精度の第１および第２の回転角検出装置によってトーションバーの一端および他端の回転角をそれぞれ示す第１および第２の検出信号が出力され、これらの検出信号に基づいて当該トーションバーに加わるトルクが検出される。したがって、従来よりも価格性能比を向上させた安価で高精度のトルクセンサを提供することができる。

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．電動パワーステアリング装置の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るレゾルバ式の回転角検出装置（以下「レゾルバ」という）を使用したトルクセンサを備えた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、ハンドル操作におけ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。

＜２．トルクセンサの概略構成＞
図２は、この電動パワーステアリング装置のトルクセンサ３の概略構成を示す縦断面図である。

この電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフト１０２は、一端がハンドル１００に固着された入力軸１０２ａと、当該入力軸の他端に一端が連結されたトーションバー１０２ｃと、当該トーションバー１０２ｃの他端に一端が連結された出力軸１０２ｂとからなり、トルクセンサ３は、ハンドル操作によるトーションバー１０２ｃの捻れに基づき操舵トルクを検出する。このために本実施形態に係るレゾルバ（回転角検出装置）が２個使用される。すなわちトルクセンサ３は、トーションバー１０２ｃの入力軸１０２ａの回転角を検出するための入力側レゾルバ３００と、トーションバー１０２ｃの出力軸１０２ｂの回転角を検出するための出力側レゾルバ４００とを備えている。入力軸１０２ａの回転角θａはトーションバー１０２ｃの入力軸側端部の回転角に相当し、出力軸１０２ｂの回転角θｂはトーションバー１０２ｃの出力軸側端部の回転角に相当するので、両レゾルバ３００，４００によって検出される回転角の差分（θａ−θｂ）はトーションバー１０２ｃの捻れに相当する。そこで、この電動パワーステアリング装置では、入力軸１０２ａの回転角θａを示す信号として入力側レゾルバ３００から出力される第１の検出信号Ｋ１と、出力軸１０２ｂの回転角θｂを示す信号として出力側レゾルバ４００から出力される第２の検出信号Ｋ２とに基づき、ＥＣＵ５において操舵トルクが求められる。なお、入力軸１０２ａの回転角θａおよび出力軸１０２ｂの回転角θｂは、ハンドル１００の中立位置を基準とする回転角を示すものとする。

トルクセンサ３は次のような構造を有している。すなわち、トルクセンサ３は、入力側レゾルバ３００を構成するステータ部３１およびロータ部３２と、出力側レゾルバ４００を構成するステータ部４１およびロータ部４２と、筒状のハウジング１２と、そのハウジング部１２を貫通する回転軸部とを備えている。この回転軸部は、上記トーションバー１０２ｃと、入力側スリーブ１１ａと、出力側スリーブ１１ｂとを含み、ハウジング１２との間に設けられたベアリング１３によって回転自在に軸支されている。入力側スリーブ１１ａは、トーションバー１０２ｃの入力軸側端部と一体的に回転するように一端が入力軸１０２ａに固定され、他端側には入力側レゾルバ３００のロータ部３２が取り付けられている。出力側スリーブ１１ｂは、トーションバー１０２ｃの出力側端部と一体的に回転するように一端が出力軸１０２ｂにスプライン結合され、他端側には出力側レゾルバ４００のロータ部４２が取り付けられている。これにより、ロータ部３２，４２は、ステアリングシャフト１０２（入力軸１０２ａまたは出力軸１０２ｂ）と一体的に回転する。入力側レゾルバ３００のステータ部３１は、ロータ部３２と同心状でかつ側面が対向するようにハウジング１２に固定されており、出力側レゾルバ４００のステータ部４１は、ロータ部４２と同心状でかつ側面が対向するようにハウジング１２に固定されている。また、トルクセンサ３の外部から入力側レゾルバ３００への励磁電流の供給および第１の検出信号Ｋ１の外部への出力のための信号線３５、および、トルクセンサ３の外部から出力側レゾルバ４００への励磁電流の供給および第２の検出信号Ｋ２の外部への出力のための信号線４５が設けられている。

＜３．制御装置の構成＞
図３は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置としてのＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、角度検出部５０と、トルク検出部５１と、目標電流演算部５２と、減算器５４と、ＰＩ制御部５５と、モータ駆動部５８と、電流検出器５９とを備えている。なお、ＥＣＵ５の構成要素のうち角度検出部５０、トルク検出部５１、目標電流演算部５２、減算器５４、およびＰＩ制御部５５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、上述の第１および第２の検出信号Ｋ１，Ｋ２を出力する。角度検出部５０は、第１の検出信号Ｋ１に基づいて、入力軸１０２ａの回転角θａを検出すると共に、第２の検出信号Ｋ２に基づいて、出力軸１０２ｂの回転角θｂを検出する。トルク検出部５１は、検出された回転角θａ，θｂ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５２は、上記のようにして得られた操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｓｓに基づき目標電流値Ｉｔを設定する。電流検出器５９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５９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５５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５８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、モータ６は、運転者のハンドル操作における負荷を軽減するための操舵補助力を発生する。

＜４．レゾルバの構成および動作＞
図４は、上記トルクセンサ３の一部を拡大した縦断面図であり、入力側および出力側レゾルバ３００，４００におけるステータ部３１，４１およびロータ部３２，４２の内部構造を示している。入力側レゾルバ３００において、ステータ部３１は、検出巻線３１２の施された主ステータ部３１０と、変圧器用１次巻線３３の施された回転変圧器用ステータ部とからなり、ロータ部３２は、励磁巻線３２ａの施された主ロータ部３２０と、変圧器用２次巻線３４の施された回転変圧器用ロータ部とからなる。

主ステータ部３１０は、珪素鋼板を積層して構成されるステータコア３１ｓと、その外面に取り付けられた絶縁カバー３１ｉとからなるステータ本体３１１を含み、このステータ本体３１１に上記検出巻線３１２が施されている。この検出巻線３１２は、ステータ本体３１１の半径方向外側に配置されたｓｉｎ巻線３１ａと、ステータ本体３１１の半径方向内側に配置されたｃｏｓ巻線３１ｂとからなる。主ロータ部３２０は、珪素鋼板を積層して構成されるロータコア３２ｓを含み、このロータコア３２ｓに上記励磁巻線３２ａが施されている。

また、入力側レゾルバ３００の上記信号線３５は、回転変圧器用ステータ部の１次巻線３３に励磁電流を外部から供給するための電流供給用信号線３５ａと、検出巻線３１２に誘起される電圧を第１の検出信号Ｋ１として外部に出力するための検出用信号線３５ｂとからなる。第１の検出信号Ｋ１は、主ステータ部３１０においてｓｉｎ巻線３１ａに誘起されるｓｉｎ信号とｃｏｓ巻線３１ｂに誘起されるｃｏｓ信号とからなる２種類の電圧信号によって構成される。

一方、出力側レゾルバ４００において、ステータ部４１は、検出巻線４１２の施された主ステータ部４１０と、変圧器用１次巻線４３の施された回転変圧器用ステータ部とからなり、ロータ部４２は、励磁巻線４２ａの施された主ロータ部４２０と、変圧器用２次巻線４４の施された回転変圧器用ロータ部とからなる。

主ステータ部４１０は、珪素鋼板を積層して構成されるステータコア４１ｓと、その外面に取り付けられた絶縁カバー４１ｉとからなるステータ本体４１１を含み、このステータ本体４１１に上記検出巻線４１２が施されている。この検出巻線４１２は、ステータ本体４１１の半径方向外側に配置されたｓｉｎ巻線４１ａと、ステータ本体４１１の半径方向内側に配置されたｃｏｓ巻線４１ｂとからなる。主ロータ部４２０は、珪素鋼板を積層して構成されるロータコア４２ｓを含み、このロータコア４２ｓに上記励磁巻線４２ａが施されている。

また、出力側レゾルバ４００の上記信号線４５は、回転変圧器用ステータ部の１次巻線４３に励磁電流を外部から供給するための電流供給用信号線４５ａと、検出巻線４１２に誘起される電圧を第２の検出信号Ｋ２として外部に出力するための検出用信号線４５ｂとからなる。第２の検出信号Ｋ２は、主ステータ部４１０においてｓｉｎ巻線４１ａに誘起されるｓｉｎ信号とｃｏｓ巻線３１ｂに誘起されるｃｏｓ信号とからなる２種類の電圧信号によって構成される。

図４に示すように、上記の入力側レゾルバ３００と出力側レゾルバ４００とは、それらの構成要素がほぼ面対称に配置されており、実質的に同様の構成および機能を有している。そこで以下では、図４および図５を参照しつつ入力側レゾルバ３００にのみ着目して説明する。

図５は、本実施形態に係る回転角検出装置である入力側レゾルバ３００の等価回路を示す回路図である。レゾルバ３００では、電流供給用信号線３５ａを介して、変圧器用１次巻線３３に励磁用電圧Ｅｅが印加されることにより、励磁電流が供給される。この励磁電流は、その１次巻線３３を含む変圧器用ステータ部と２次巻線３４を含む変圧器用ロータ部とからなる回転変圧器を介して、主ロータ部３２０の励磁巻線３２ａに供給される。この主ロータ部３２０の励磁巻線３２ａは、ステアリングシャフトの入力軸１２０ａと一体的に回転し、概念的には、励磁巻線３２ａへの励磁電流の供給によって発生する磁束のうち、入力軸１０２ａの回転角である主ロータ部３２０の回転角θａの正弦波成分がｓｉｎ巻線３１ａと鎖交しかつ当該回転角θａの余弦波成分がｃｏｓ巻線３１ｂと鎖交するように、ｓｉｎ巻線３１ａおよびｃｏｓ巻線３１ｂが主ステータ部３１０に配置されている。ただし、実際には、ｓｉｎ巻線３１ａおよびｃｏｓ巻線３１ｂについては１種の分布巻きが採用されており、ステータ本体３１１における各歯部にｓｉｎ巻線３１ａのための第１のコイルとｃｏｓ巻線のための第２のコイルとが巻回されていて、ｓｉｎ巻線３１ａは各歯部における第１のコイルを直列接続した形態となっており、ｃｏｓ巻線３１ｂは各歯部における第２のコイルを直列接続した形態となっている。そして、主ロータ部３２０の励磁巻線３２ａに交流電流が供給されたときに、ｓｉｎ巻線３１ａに誘起される電圧Ｅａの振幅はｓｉｎθａに比例し、ｃｏｓ巻線３１ｂに誘起される電圧Ｅｂの振幅はｃｏｓθａに比例するように、ステータ本体３１１の各歯部における第１および第２のコイルの巻数が設定されている。

このような構成により、励磁用電圧Ｅｅとして角周波数ωの正弦波電圧を外部から電流供給用信号線３５ａを介して回転変圧器の１次コイル３３に印加すると、その電圧印加に応じて励磁巻線３２ａに励磁電流が流れ、下記式（１）に示す電圧Ｅａがｓｉｎ巻線３１ａに誘起されると共に、下記式（２）に示す電圧Ｅｂがｃｏｓ巻線３１ｂに誘起される。これらの電圧Ｅａ，Ｅｂは、第１の検出信号Ｋ１として検出用信号線３５ｂを介して外部に出力される。
Ｅａ＝Ｖ・ｓｉｎθａ・ｓｉｎωｔ …（１）
Ｅｂ＝Ｖ・ｃｏｓθａ・ｓｉｎωｔ …（２）

このようにして入力側レゾルバ３００から出力される第１の検出信号Ｋ１は、入力軸１０２ａの回転角θａを示す信号としてＥＣＵ５に入力される。同様にして、出力側レゾルバ４００からは出力軸１０２ｂの回転角θbを示す第２の検出信号Ｋ２が出力されてＥＣＵ５に入力される。ＥＣＵ５では、既述のように、これらの第１および第２の検出信号Ｋ１，Ｋ２に基づき操舵トルクが求められる。

＜５．主ステータ部の構成＞
次に、図６および図７を参照して、上記のような本実施形態に係る入力側レゾルバ３００の主ステータ部３１０の詳細構成につき説明する。なお、出力側レゾルバ４００の主ステータ部４１０の詳細構成も同様であるので、以下ではその説明を省略する。

図６は、主ステータ部３１０のステータ本体３１１を示す平面図である。図７は、図６において点線の円で囲まれた部分５００を拡大して示しており、図７（ａ）は、検出巻線３１２を施す前の上記部分５００を示す平面図であり、図７（ｂ）は、検出巻線３１２を施した後の上記部分５００を示す平面図、図７（ｃ）は、検出巻線３１２を施した後の上記部分５００を示す断面図である。

ステータ部３１０におけるステータ本体３１１は、全体的には環状であって、円周方向にスロット３０２と歯部３０３とが交互に並ぶようにスロット３０２および歯部３０３が均等間隔で形成されている。既述のように、検出巻線３１２を構成するｓｉｎ巻線３１ａおよびｃｏｓ巻線３１ｂは、上記式（１）（２）で示す電圧Ｅａ，Ｅｂがそれぞれ誘起されるように、各歯部３０３に第１および第２のコイルが巻かれ、かつ、各歯部３０３の第１のコイルが互いに直列接続されると共に各歯部３０３の第２のコイルが互いに直列接続される構成となっている。具体的には、第１のマグネットワイヤを各歯部３０３に順次巻き付けることによって、各歯部３０３に巻かれた第１のコイルが直列接続された形態のｓｉｎ巻線３１ａを形成し、第２のマグネットワイヤを各歯部３０３に順次巻き付けることによって、各歯部３０３に巻かれた第２のコイルが直列接続された形態のｃｏｓ巻線３１ｂを形成する。

本実施形態では、図７（ａ）に示すように、各歯部３０３には、ステータ本体３１１の半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した部分３０３ｐが形成されており、この突出部３０３ｐにより、各スロット３０２において検出巻線３１２を配置すべき領域（以下「検出巻線領域」という）が半径方向に２つの領域Ｄｗ１，Ｄｗ２に分離されている。以下、これら２つの領域Ｄｗ１，Ｄｗ２のうち、外側の領域Ｄｗ１を「第１巻線領域」といい、内側の領域Ｄｗ２を「第２巻線領域」というものとする。ただし、１つのスロット３０２は、その両側の歯部３０３に巻かれる第１および第２のマグネットワイヤが配置されるので、その両側の歯部３０３のそれぞれに対して２つの領域Ｄｗ１，Ｄｗ２を含むことになる。各スロット３０２の検出巻線領域を上記のように分離するための突出部（以下「仕切り部」という）３０３ｐは、本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、ステータコア３１ｓの外面を覆う絶縁カバー３１ｉの一部として形成されている。絶縁カバー３１ｉは、例えば６６ナイロン（ガラス繊維強化品）のような合成樹脂材料からなる。仕切り部３０３ｐは、珪素鋼板を積層したステータコア３１ｓの一部として形成してもよいが、漏れ磁束防止の観点から、非磁性体で作製されるのが好ましい。

本実施形態では、検出巻線３１２のうちｓｉｎ巻線３１ａは、各スロット３０２の第１巻線領域Ｄｗ１に配置され、ｃｏｓ巻線３１ｂは、各スロット３０２の第２巻線領域Ｄｗ２に配置される。このように配置されるｓｉｎ巻線３１ａおよびｃｏｓ巻線３１ｂを形成するために、第１および第２のマグネットワイヤがステータ本体３１１の各歯部３０３に次のような順序で巻かれる。すなわち、図６に示すように、ステータ本体３１１上の所定位置Ｗｓ１を始点として、ｓｉｎ巻線３１ａがステータ本体３１１の各スロット３０２の第１巻線領域Ｄｗ１に配置されるように、第１のマグネットワイヤを各歯部３０３に順に巻き付け、ステータ本体３１１の３６０度分の歯部３０３（全ての歯部）に巻いた時点で、ｓｉｎ巻線３１ａの形成を終了する。次に、上記の所定位置Ｗｓ１と同一の位置Ｗｓ２を始点として、ｃｏｓ巻線３１ｂがステータ本体３１１の各スロット３０２の第２巻線領域Ｄｗ２に配置されるように、第２のマグネットワイヤを各歯部３０３に順に巻き付け、ステータ本体３１１の３６０度分の歯部３０３（全ての歯部）に巻いた時点で、ｃｏｓ巻線３１ｂの形成を終了する。このようにして図７（ｂ）（ｃ）に示すように、各スロット３０２の第１巻線領域Ｄｗ１にｓｉｎ巻線３１ａが配置されると共に、各スロット３０２の第２巻線領域Ｄｗ２にｃｏｓ巻線３１ｂが配置された主ステータ部３１０が得られる。

＜６．効果＞
上記のように本実施形態によれば、ステータ本体３１１における第１および第２巻線領域Ｄｗ１，Ｄｗ２は仕切り部３０３ｐによって仕切られているので（図７（ａ））、検出巻線３１２のうちｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂとが確実にステータ本体３１１の半径方向に分離されて各スロット３０２に配置される。このため、ｓｉｎ巻線３１ａ形成のための第１マグネットワイヤとｃｏｓ巻線３１ｂ形成のための第２マグネットワイヤとが同一の長さとなり、また、ｓｉｎ巻線３１ａの構成要素として各歯部３０３に形成されるコイルの半径とｃｏｓ巻線３１ｂの構成要素として各歯部３０３に形成されるコイルの半径も実質的に同一となる。したがって、図９に示す従来例のような中継基板による結線を必要とすることなく、ｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線に必要な各歯部３０３での巻数を確保しつつ両巻線間でインピーダンスを同一にすることができる。また、各スロット３０２における仕切り部３０３ｐの存在により、自動巻線機によってもｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂとが確実かつ正確にステータ本体３１１の半径方向に分離されて各スロット３０２に配置されるので、特許文献１に記載のようにＳＩＮ相とＣＯＳ相を各スロットの奥側と手前側に交互に設けるという方法を採用しなくとも、両巻線間でインピーダンスを同一にすることができる。したがって、回転角検出装置として、従来よりも価格性能比（単価当たりの検出精度）を向上させた安価で高精度のレゾルバを提供することができる。

また、本実施形態に係るこのようなレゾルバをトルクセンサに使用することにより（図２、図４）、トルクセンサの価格性能比も向上させることができる。トーションバーの捻れによって操舵トルクを検出するためのトルクセンサでは、ハンドルの中立位置でのステアリングシャフトの回転角の検出には高い精度が要求されるので、本実施形態に係るレゾレルバは操舵トルク検出用のトルクセンサに好適である。

＜７．変形例＞
上記実施形態では、ステータ本体３１１の全てのスロット３０２において、半径方向外側の第１巻線領域Ｄｗ１にはｓｉｎ巻線３１ａが配置され、半径方向内側の第２巻線領域Ｄｗ２にはｃｏｓ巻線３１ｂが配置される（図７（ｃ））。この構成は、製造コスト低減の点で有利であるが、検出精度の向上を重視して、図８（ａ）（ｂ）に示すように、同一相の巻線の配置される領域たとえばｓｉｎ巻線３１ａの配置される領域が第１巻線領域Ｄｗ１と第２巻線領域Ｄｗ２の間でスロット毎に順次入れ替わるような構成にしてもよい（この構成では、当然、ｃｏｓ巻線３１ｂの配置される領域も第１巻線領域Ｄｗ１と第２巻線領域Ｄｗ２の間でスロット毎に順次入れ替わる）。このような構成は、仕切り部３０３ｐに起因する漏れ磁束があっても、ｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂとの間で磁束のバランスが図られるので、両巻線間でインピーダンスを一致させる上で有効である。特に、この仕切り部３０３ｐが珪素鋼板等の磁性体の一部として構成される場合には、図８（ａ）（ｂ）に示すように両巻線３１ａ，３１ｂを交互配置するのが好ましい。

なお、上記実施形態では、ｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂからなる２相巻線が検出巻線３１２としてステータ本体３１１に施されているが、これに代えて、３相以上の所定相数の巻線がステータ本体３１１に施されてもよい。この場合、各スロット３０２において検出巻線を配置すべき領域がその相数に応じた数の巻線領域に半径方向に分離されるように、その相数に応じた数の仕切り部が形成される。そして、当該相数に応じた数の巻線領域には互いに異なる相の巻線が配置される。

また、上記実施形態では、レゾルバ３００における主ロータ部３２０に励磁巻線３２ａが施され、主ステータ部３１０にｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂからなる検出巻線３１２が施されているが、励磁巻線と検出巻線とを逆にしてもよい。その場合、主ステータのｓｉｎ巻線３１ａとｃｏｓ巻線３１ｂに互いに位相の９０°異なる励磁電流が供給され、主ロータ部３２０の巻線３２ａに誘起される電圧が、１次巻線３４を含む変圧器用ロータ部と２次巻線３３を含む変圧器用ステータ部からなる回転変圧器を介して信号線３５ａから第１の検出信号として出力される。

さらに上記実施形態では、励磁巻線と検出巻線は、主ロータ部３２０と主ステータ部３１０にそれぞれ配置されているが、本発明は、励磁巻線と検出巻線が共に主ステータ部に配置された可変リラクタンス型のレゾルバにも適用することができる。

本発明の一実施形態に係るレゾルバ方式の回転角検出装置を使用したトルクセンサを備えた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。 上記トルクセンサの概略構成を示す縦断面図である。 上記電動パワーステアリング装置における制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 上記トルクセンサの一部を拡大した縦断面図である。 上記実施形態に係る回転角検出装置の等価回路を示す回路図である。 上記実施形態に係る回転角検出装置のステータにおけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の形成を説明するための平面図である。 上記実施形態に係る回転角検出装置の主ステータ部におけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の形成を説明するための部分拡大図である。 上記実施形態の変形例の主ステータ部におけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の形成を説明するための部分拡大図である。 従来の回転角検出装置のステータにおけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の形成を説明するための平面図である。 従来の回転角検出装置のステータにおけるｓｉｎ巻線およびｃｏｓ巻線の形成を説明するための部分拡大図である。

符号の説明

３…トルクセンサ、５…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６…モータ、３１，４１…ロータ部、３２，４２…ステータ部、３１ｓ…ステータコア、３１ｉ…絶縁カバー、３１ａ…ｓｉｎ巻線、３１ｂ…ｃｏｓ巻線、３２ａ，４２ａ…励磁巻線、３２ｓ，４２ｓ…ロータコア、１０２…ステアリングシャフト、１０２ａ…入力軸、１０２ｂ…出力軸、１０２ｃ…トーションバー、３００…入力側レゾルバ、４００…出力側レゾルバ、３０２…スロット、３０３…歯部、３０３ｐ…仕切り部、３１１，４１１…ステータ本体、３１２，４１２…検出巻線、３１０，４１０…主ステータ部（ステータ）、３２０，４２０…主ロータ部（ロータ）、Ｄｗ１…第１巻線領域、Ｄｗ２…第２巻線領域、Ｋ１…第１の検出信号、Ｋ２…第２の検出信号。

Claims (4)

1. レゾルバ方式の回転角検出装置であって、
   所定軸を中心に回転自在に構成されたロータと、
   前記ロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状のステータとを備え、
   前記ステータは、
   各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記ステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
   前記少なくとも２つの巻線領域に異なる相の巻線が配置されるように２以上の所定相数の巻線を施されていることを特徴とする、回転角検出装置。
2. 前記ステータは、前記複数のスロットの位置的に対応する巻線領域に同一相の巻線が配置されるように前記所定相数の巻線を施されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記ステータは、前記複数のスロットのそれぞれに含まれる前記少なくとも２つの巻線領域のうち同一相の巻線が配置される巻線領域がスロット毎に順次入れ替わるように前記所定相数の巻線を施されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転角検出装置。
4. 所定軸を中心に回転自在に構成されたトーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサであって、
   前記トーションバーの一端の回転角を示す第１の検出信号を出力する第１の回転角検出装置と、
   前記トーションバーの他端の回転角を示す第２の検出信号を出力する第２の回転角検出装置と、
   前記第１および第２の検出信号に基づき、前記トーションバーに加わるトルクを検出するトルク検出手段とを備え、
   前記第１の回転角検出装置は、
   前記所定軸を中心に回転自在に構成され、前記トーションバーに前記一端と一体的に回転するように結合された第１のロータと、
   前記第１のロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状の第１のステータとを含み、
   前記第２の回転角検出装置は、
   前記所定軸を中心に回転自在に構成され、前記トーションバーに前記他端と一体的に回転するように結合された第２のロータと、
   前記第２のロータに対し同心状に配置され、円周方向に所定間隔で設けられた複数のスロットを有する環状の第２のステータとを含み、
   前記第１のステータは、各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記第１のステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
   前記第２のステータは、各スロットにおいて巻線が配置されるべき領域が半径方向に少なくとも２つの巻線領域に分離されるように、前記第２のステータの半径方向に延びる部分に対し垂直に突出した仕切り部を有し、
   前記第１および第２のステータのそれぞれは、前記少なくとも２つの巻線領域に異なる相の巻線が配置されるように２以上の所定相数の巻線を施されていることを特徴とする、トルクセンサ。
   

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