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特許6996229角度検出装置、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-20
(45)【発行日】2022-02-04
(54)【発明の名称】角度検出装置、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20220128BHJP
B62D 1/16 20060101ALI20220128BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20220128BHJP
B62D 6/00 20060101ALI20220128BHJP
B62D 101/00 20060101ALN20220128BHJP
B62D 113/00 20060101ALN20220128BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20220128BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 305
B62D1/16
B62D5/04
B62D6/00
B62D101:00
B62D113:00
B62D119:00
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2017208866
(22)【出願日】2017-10-30
(65)【公開番号】P2018197737
(43)【公開日】2018-12-13
【審査請求日】2020-10-12
(31)【優先権主張番号】P 2017101749
(32)【優先日】2017-05-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 篤志
(72)【発明者】
【氏名】大平 和広
(72)【発明者】
【氏名】大林 周平
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１１５２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０２２４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０７６８３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０５２９６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００５０１７８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ３／１０
Ｇ０１Ｂ ７／３０
Ｇ０１Ｄ ５／１２
Ｂ６２Ｄ １／１６
Ｂ６２Ｄ ５／０４
Ｂ６２Ｄ ６／００
Ｂ６２Ｄ １０１／００
Ｂ６２Ｄ １１３／００
Ｂ６２Ｄ １１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１シャフトと、前記第１シャフトの回転に連動して回転し、前記第１シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、
前記第１多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサと、
前記第１磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第１角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第２角度を算出し、前記第３磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第３角度を算出する角度演算部と、
前記第１角度、前記第２角度、及び前記第３角度に基づいて、前記第１シャフト又は前記第１多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な第１変位による誤差が補正された前記第１多極磁石の回転角度である第１補正角度を算出する角度補正部と、を備え、
前記第１角度をθ ｉ１ 、前記第２角度をθ ｉ２ 、及び前記第３角度をθ ｉ３ とし、前記第１変位をＸ ｉ とし、前記第１変位の方向と前記基準回転軸から第１多極磁石の回転位置を示す方向へ引いた直線とが成す角度をＹ ｉ とし、前記第１補正角度をθ ｉｓ とした場合の以下の式（１）、式（２）、及び式（３）を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部には、前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ １ 、前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ ２ 、前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ ３ 、が記憶され、かつ前記第１多極磁石の回転中心が前記基準回転軸に位置する場合における前記第１角度を第１基準角度θ １ 、前記第２角度を第２基準角度θ ２ 、前記第３角度を第３基準角度θ ３ として、記憶されており、
前記角度補正部は、前記角度演算部が算出する前記θ ｉ１ の値、前記θ ｉ２ の値、及び前記θ ｉ３ の値を前記式（１）、前記式（２）、及び前記式（３）に代入し、前記式（１）、前記式（２）、及び前記式（３）の解を求めることで前記第１補正角度を算出する、角度検出装置。
【数1】
【数2】
【数3】
【請求項2】
前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサは、前記第１シャフトの軸方向に直交する平面上において、直線上に等間隔に並ぶことを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項3】
前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサは、前記第１シャフトの軸方向に直交する平面上において、直線上に並び、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの距離は、前記第２磁気センサと前記第３磁気センサとの距離と異なることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項4】
前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置までの半径は、前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置までの半径及び前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置までの半径のうち、少なくとも１つの半径とは異なることを特徴とする請求項２又は３に記載の角度検出装置。
【請求項5】
前記第１磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第２磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であり、
前記第３磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項6】
前記第１磁気センサは、前記第１磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第２磁気センサは、前記第２磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であり、
前記第３磁気センサは、前記第３磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項7】
異常検出部を備え、前記第１多極磁石は、それぞれの前記磁極のピッチが同じであり、
前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置へ引いた線分と前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置へ引いた線分とが成す角度は、前記第１多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、
前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置へ引いた線分と前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置へ引いた線分とが成す角度は、前記第１多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、
前記異常検出部は、前記第１磁気センサの角度信号と前記第２磁気センサの角度信号と前記第３磁気センサの角度信号とを比較して、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうち少なくとも１つが異常であることを検出可能であり、
前記角度補正部は、前記異常検出部が前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうちで前記異常検出部によって異常が検出されなかった少なくとも１つが出力する角度信号に基づいて、前記第１補正角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項8】
前記第１多極磁石と同期して回転する第１ギヤと、前記第１ギヤと噛み合い、前記第１ギヤの回転により回転駆動する第２ギヤと、
円柱形状であり、円柱の径方向に磁化され、前記第２ギヤと一体に回転する磁石と、
前記磁石の回転軸上に配置されたアングル磁気センサと、を備え、
前記アングル磁気センサは、前記磁石の１回転の磁界変化で１周期の信号を出力し、
前記第１ギヤに対する前記第２ギヤのギヤ比と前記第１多極磁石の磁極数との積は、２以外であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項9】
前記角度演算部は、前記アングル磁気センサの信号と前記第１磁気センサの信号とのバーニア演算を実行して、前記第１多極磁石の３６０度以下の回転角度、又は前記第１多極磁石の３６０度を超える回転角度を絶対角で算出することを特徴とする請求項８に記載の角度検出装置。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか１項に記載の角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、
差分演算部と、を備え、
前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、
前記角度補正部は、前記第４角度、前記第５角度、及び前記第６角度に基づいて、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な第２変位による誤差が補正された前記第２多極磁石の回転角度である第２補正角度を算出し、
前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出することを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項11】
請求項１に記載の角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、
差分演算部と、を備え、
前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、
前記記憶部には、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸と、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な第２変位をＸｏとし、該第２変位の方向と前記基準回転軸から第２多極磁石の回転中心へ引いた直線とが成す角度をＹｏとし、該第２変位による誤差が補正された前記第２多極磁石の回転角度である第２補正角度をθｏｓとし、第４角度をθｏ１、第５角度をθｏ２、第６角度をθｏ３とした場合の以下の式（４）、式（５）、及び式（６）が記憶されており、
前記記憶部には、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第４磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ４、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第５磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ５、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第６磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ６が記憶され、かつ前記第２多極磁石の回転中心が前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に位置する場合における前記第４角度を第４基準角度θ４、前記第５角度を第５基準角度θ５、前記第６角度を第６基準角度θ６として記憶されており、
前記角度補正部は、前記角度演算部が算出する前記θｏ１の値、前記θｏ２の値、及び前記θｏ３の値を前記式（４）、前記式（５）、及び前記式（６）に代入し、前記式（４）、前記式（５）、及び前記式（６）の解を求めることで前記第２補正角度を算出し、
前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出することを特徴とする相対角度検出装置。
【数4】
【数5】
【数6】
【請求項12】
請求項７に記載の角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、
差分演算部と、を備え、
前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、
前記第２多極磁石は、それぞれの前記磁極のピッチが同じであり、
前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサが配置される第２円の中心から前記第４磁気センサの検出基準位置及び前記第５磁気センサの検出基準位置へ引いた線分が成す角度は、前記第２多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、
前記第２円の中心から前記第４磁気センサの検出基準位置及び前記第６磁気センサの検出基準位置へ引いた線分が成す角度は、前記第２多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、
前記異常検出部は、前記第４磁気センサの角度信号と前記第５磁気センサの角度信号と前記第６磁気センサの角度信号とを比較して、前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうち少なくとも１つが異常であることを検出可能であり、
前記角度補正部は、前記異常検出部が前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうちで前記異常検出部によって異常が検出されなかった少なくとも１つが出力する角度信号に基づいて、前記第２多極磁石の第２補正角度を算出し、
前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出することを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項13】
トーションバーと、前記トーションバーの一端部と前記トーションバーの他端部との相対的な回転角度を検出する請求項１０から１２のいずれか１項に記載の相対角度検出装置と、
前記相対角度検出装置が算出した前記相対的な回転角度に基づいて、前記トーションバーに加わるトルクを算出するトルク演算部と、を備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項14】
請求項１３に記載のトルクセンサ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。
【請求項15】
請求項１４に記載の電動パワーステアリング装置を備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、角度検出装置、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両に関する。
【背景技術】
【0002】
車両には、モータで生じる補助操舵力によって操舵を補助する電動パワーステアリング装置が搭載される。電動パワーステアリング装置は、トルクセンサが出力する操舵トルクに基づいてモータを制御する。トルクセンサは、角度検出装置が検出する入力軸及び出力軸の回転角度から操舵トルクを算出する。例えば、特許文献１には、角度検出装置の一例が記載されている。特許文献１に記載の角度検出装置は、回転体に設けられたターゲットの位置を検出し、該位置に応じた検出信号を出力する検出手段と、ゲインを乗じた検出信号に基づいて回転体の回転角度を算出する角度算出手段と、検出信号の最大値及び最小値の差が予め設定された基準差になるようにゲインを補正するゲイン補正手段と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００３－８３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、角度検出装置は、より精度良く回転角度を検出することが望まれている。
【0005】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、より精度良く回転角度を検出する角度検出装置、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供すること、を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る角度検出装置は、第１シャフトと、前記第１シャフトの回転に連動して回転し、前記第１シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石と、前記第１多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第１多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサと、前記第１磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第１角度を算出し、前記第２磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第２角度を算出し、前記第３磁気センサが出力する前記角度信号に基づいて前記第１多極磁石の回転角度である第３角度を算出する角度演算部と、前記第１角度、前記第２角度、及び前記第３角度に基づいて、前記第１シャフト又は前記第１多極磁石の基準回転軸に対して相対的な第１変位による誤差が補正された前記第１多極磁石の回転角度である第１補正角度を算出する角度補正部と、を備える。
【0007】
これによれば、角度検出装置は、第１シャフト又は第１多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な変位による誤差が補正された回転角度を検出できる。その結果、角度検出装置は、第１多極磁石の回転角度の検出精度を高めることができる。
【0008】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１角度をθｉ１、前記第２角度をθｉ２、及び前記第３角度をθｉ３とし、前記第１変位をＸｉとし、前記第１変位の方向と前記基準回転軸から第１多極磁石の回転位置を示す方向へ引いた直線とが成す角度をＹｉとし、前記第１補正角度をθｉｓとした場合の以下の式（１）、式（２）、及び式（３）を記憶する記憶部を備え、前記記憶部には、前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ１、前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ２、前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ３、が記憶され、かつ前記第１多極磁石の回転中心が前記基準回転軸に位置する場合における前記第１角度を第１基準角度θ１、前記第２角度を第２基準角度θ２、前記第３角度を第３基準角度θ３として、記憶されており、前記角度補正部は、前記角度演算部が算出する前記θｉ１の値、前記θｉ２の値、及び前記θｉ３の値を前記式（１）、前記式（２）、及び前記式（３）に代入し、前記式（１）、前記式（２）、及び前記式（３）の解を求めることで前記第１補正角度を算出することが好ましい。
【0009】
θｉ１＝θ１＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ１－Ｙｉ）／Ｒ１｝＋θｉｓ…（１）
【0010】
θｉ２＝θ２＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ２－Ｙｉ）／Ｒ２｝＋θｉｓ…（２）
【0011】
θｉ３＝θ３＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ３－Ｙｉ）／Ｒ３｝＋θｉｓ…（３）
【0012】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサは、前記第１シャフトの軸方向に直交する平面上において、直線上に等間隔に並ぶようにしてもよい。これにより、第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサを搭載する基板の形状の自由度が向上する。
【0013】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサは、前記第１シャフトの軸方向に直交する平面上において、直線上に並び、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの距離は、前記第２磁気センサと前記第３磁気センサとの距離と異なるようにしてもよい。これにより、第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサの組付け精度が向上する。
【0014】
角度検出装置の望ましい態様として、前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置までの半径は、前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置までの半径及び前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置までの半径のうち、少なくとも１つの半径とは異なるようにしてもよい。これにより、第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサの配置の自由度が向上する。
【0015】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第２磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第３磁気センサは、磁束の向きを検出することで、前記角度信号を出力可能であることが好ましい。
【0016】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１磁気センサは、前記第１磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第２磁気センサは、前記第２磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であり、前記第３磁気センサは、前記第３磁気センサを貫通する磁束密度を検出することで、前記角度信号を出力可能であることが好ましい。
【0017】
角度検出装置の望ましい態様として、異常検出部を備え、前記第１多極磁石は、それぞれの前記磁極のピッチが同じであり、前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置へ引いた線分と前記基準回転軸から前記第２磁気センサの検出基準位置へ引いた線分とが成す角度は、前記第１多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、前記基準回転軸から前記第１磁気センサの検出基準位置へ引いた線分と前記基準回転軸から前記第３磁気センサの検出基準位置へ引いた線分とが成す角度は、前記第１多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、前記異常検出部は、前記第１磁気センサの角度信号と前記第２磁気センサの角度信号と前記第３磁気センサの角度信号とを比較して、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうち少なくとも１つが異常であることを検出可能であり、前記角度補正部は、前記異常検出部が前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、前記第１磁気センサ、前記第２磁気センサ、及び前記第３磁気センサのうちで前記異常検出部によって異常が検出されなかった少なくとも１つが出力する角度信号に基づいて、前記第１補正角度を算出することが好ましい。これによれば、角度検出装置を冗長化することができる。
【0018】
角度検出装置の望ましい態様として、前記第１多極磁石と同期して回転する第１ギヤと、前記第１ギヤと噛み合い、前記第１ギヤの回転により回転駆動する第２ギヤと、円柱形状であり、円柱の径方向に磁化され、前記第２ギヤと一体に回転する磁石と、前記磁石の回転軸上に配置されたアングル磁気センサと、を備え、前記アングル磁気センサは、前記磁石の１回転の磁界変化で１周期の信号を出力し、前記第１ギヤに対する前記第２ギヤのギヤ比と前記第１多極磁石の磁極数との積は、２以外であることが好ましい。これによれば、アングル磁気センサが出力する信号の周期と、第１磁気センサ、第２磁気センサ、及び第３磁気センサが出力する信号の周期とを異なる値にすることができる。
【0019】
角度検出装置の望ましい態様として、前記角度演算部は、前記アングル磁気センサの信号と前記第１磁気センサの信号とのバーニア演算を実行して、前記第１多極磁石の３６０度以下の回転角度、又は前記第１多極磁石の３６０度を超える回転角度を絶対角で算出することが好ましい。
【0020】
本発明の一態様に係る相対角度検出装置は、上述した角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、差分演算部と、を備え、前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、前記角度補正部は、前記第４角度、前記第５角度、及び前記第６角度に基づいて、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な第２変位による誤差が補正された前記第２多極磁石の回転角度である第２補正角度を算出し、前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出する。
【0021】
これによれば、角度補正部は、第１回転軸と第１円の中心との相対的な変位による誤差が補正された第１補正角度を検出できる。また、角度補正部は、第２回転軸と第２円の中心との相対的な変位による誤差が補正された第２補正角度を検出できる。その結果、相対角度検出装置は、誤差がそれぞれ補正された第１補正角度と第２補正角度との差分から相対的な回転角度をより精度良く検出することができる。
【0022】
本発明の一態様に係る相対角度検出装置は、上述した角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、差分演算部と、を備え、前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、前記記憶部には、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸と、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に対しての相対的な第２変位をＸｏとし、該第２変位の方向と前記基準回転軸から第２多極磁石の回転中心へ引いた直線とが成す角度をＹｏとし、該第２変位による誤差が補正された前記第２多極磁石の回転角度である第２補正角度をθｏｓとし、第４角度をθｏ１、第５角度をθｏ２、第６角度をθｏ３とした場合の以下の式（４）、式（５）、及び式（６）が記憶されており、前記記憶部には、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第４磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ４、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第５磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ５、前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸から前記第６磁気センサの検出基準位置までの半径Ｒ６が記憶され、かつ前記第２多極磁石の回転中心が前記第２シャフト又は前記第２多極磁石の基準回転軸に位置する場合における前記第４角度を第４基準角度θ４、前記第５角度を第５基準角度θ５、前記第６角度を第６基準角度θ６として記憶されており、前記角度補正部は、前記角度演算部が算出する前記θｏ１の値、前記θｏ２の値、及び前記θｏ３の値を前記式（４）、前記式（５）、及び前記式（６）に代入し、前記式（４）、前記式（５）、及び前記式（６）の解を求めることで前記第２補正角度を算出し、前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出する。
【0023】
θｏ１＝θ４＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ４－Ｙｏ）／Ｒ４｝＋θｏｓ…（４）
【0024】
θｏ２＝θ５＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ５－Ｙｏ）／Ｒ５｝＋θｏｓ…（５）
【0025】
θｏ３＝θ６＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ６－Ｙｏ）／Ｒ６｝＋θｏｓ…（６）
【0026】
本発明の一態様に係る相対角度検出装置は、上述した角度検出装置である第１角度検出装置と、第２シャフトと、前記第２シャフトの回転に連動し、前記第２シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石と、前記第２多極磁石の周囲において周方向に異なる位置に配置され、前記第２多極磁石の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する第４磁気センサ、第５磁気センサ、及び第６磁気センサと、を備える第２角度検出装置と、差分演算部と、を備え、前記角度演算部は、前記第４磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第４角度を算出し、前記第５磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第５角度を算出し、前記第６磁気センサが出力する角度信号に基づいて前記第２多極磁石の回転角度である第６角度を算出し、前記第２多極磁石は、それぞれの前記磁極のピッチが同じであり、前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサが配置される第２円の中心から前記第４磁気センサの検出基準位置及び前記第５磁気センサの検出基準位置へ引いた線分が成す角度は、前記第２多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、前記第２円の中心から前記第４磁気センサの検出基準位置及び前記第６磁気センサの検出基準位置へ引いた線分が成す角度は、前記第２多極磁石の１磁極分の機械角を整数倍した角度であり、前記異常検出部は、前記第４磁気センサの角度信号と前記第５磁気センサの角度信号と前記第６磁気センサの角度信号とを比較して、前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうち少なくとも１つが異常であることを検出可能であり、前記角度補正部は、前記異常検出部が前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、前記第４磁気センサ、前記第５磁気センサ、及び前記第６磁気センサのうちで前記異常検出部によって異常が検出されなかった少なくとも１つが出力する角度信号に基づいて、前記第２多極磁石の第２補正角度を算出し、前記差分演算部は、前記第１補正角度と前記第２補正角度との差分から前記第１多極磁石と前記第２多極磁石との相対的な回転角度を算出する。
【0027】
本発明の一態様に係るトルクセンサは、トーションバーと、前記トーションバーの一端部と前記トーションバーの他端部との相対的な回転角度を検出する上述した相対角度検出装置と、前記相対角度検出装置が算出した前記相対的な回転角度に基づいて、前記トーションバーに加わるトルクを算出するトルク演算部と、を備える。これによれば、トルクセンサは、より精度良く算出された相対的な回転角度に基づいてトルクをより精度良く算出できる。
【0028】
本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、上述したトルクセンサを備える。これにより、より精度の高いトルクに基づいて、モータへ供給する電流値を制御できる。その結果、電動パワーステアリング装置は、より精度の良い補助操舵トルクを出力することができる。
【0029】
本発明の一態様に係る車両は、上述した電動パワーステアリング装置を備える。当該車両によれば、電動パワーステアリング装置が違和感の少ない補助操舵トルクを出力するため、操作性が向上する。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、より精度良く回転角度を検出する角度検出装置、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【0033】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置を搭載した車両を模式的に示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。図１に示すように、車両１０１は、電動パワーステアリング装置８０を搭載している。図２に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、を備え、ピニオンシャフト８７に接合されている。また、電動パワーステアリング装置８０は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、トルクセンサ９４と、を備える。車速センサ９５は、車体に備えられ、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により信号として車速ＳＶをＥＣＵ９０に出力する。
図１は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置を搭載した車両を模式的に示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。図１に示すように、車両１０１は、電動パワーステアリング装置８０を搭載している。図２に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、を備え、ピニオンシャフト８７に接合されている。また、電動パワーステアリング装置８０は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、トルクセンサ９４と、を備える。車速センサ９５は、車体に備えられ、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により信号として車速ＳＶをＥＣＵ９０に出力する。
【0034】
図２に示すように、ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂと、を備える。入力軸８２ａの一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、入力軸８２ａの他方の端部が出力軸８２ｂに連結される。また、出力軸８２ｂの一方の端部が入力軸８２ａに連結され、出力軸８２ｂの他方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結される。本実施形態では、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂは、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材（Carbon Steel for Machine Structural Use））又は機械構造用炭素鋼鋼管（いわゆるＳＴＫＭ材（Carbon Steel Tubes for Machine Structural Purposes））等の一般的な鋼材等から形成される。
【0035】
図２に示すように、ロアシャフト８５は、ユニバーサルジョイント８４を介して出力軸８２ｂに連結される部材である。ロアシャフト８５の一方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結される。また、ピニオンシャフト８７の一方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結され、ピニオンシャフト８７の他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。
【0036】
図２に示すように、ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂと、を備える。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。ラック８８ｂは、タイロッド８９に連結される。
【0037】
図２に示すように、操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、モータ９３と、を備える。モータ９３は、例えばブラシレスモータである。減速装置９２は、例えばウォーム減速装置である。モータ９３で生じたトルクは、減速装置９２の内部のウォームを介してウォームホイールに伝達され、ウォームホイールを回転させる。減速装置９２は、ウォーム及びウォームホイール（ウォームギヤ）によって、モータ９３で生じたトルクを増加させる。そして、減速装置９２は、出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式である。
【0038】
ＥＣＵ９０は、モータ９３の動作を制御する装置である。イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置９９（例えば車載のバッテリ）からＥＣＵ９０に電力が供給される。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４、車速センサ９５及び回転検出部２３から信号を取得する。具体的には、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４から操舵トルクＴを取得する。ＥＣＵ９０は、車速センサ９５から車体の車速ＳＶを取得する。ＥＣＵ９０は、回転検出部２３から出力される情報を動作情報ＳＹとして取得する。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴと車速ＳＶと動作情報ＳＹとに基づいて補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてモータ９３へ供給する電力値ＳＸを調節する。
【0039】
ステアリングホイール８１に入力された操作者（運転者）の操舵力は、入力軸８２ａを介して操舵力アシスト機構８３の減速装置９２に伝わる。この時、ＥＣＵ９０は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９４から取得し、且つ車速ＳＶを車速センサ９５から取得する。そして、ＥＣＵ９０は、モータ９３の動作を制御する。モータ９３が作り出した補助操舵トルクは、減速装置９２に伝えられる。
【0040】
出力軸８２ｂを介して出力された操舵トルク（補助操舵トルクを含む）は、ユニバーサルジョイント８４を介してロアシャフト８５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント８６を介してピニオンシャフト８７に伝達される。ピニオンシャフト８７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８８を介してタイロッド８９に伝達され、車輪を変位させる。
【0041】
図３は、実施形態１に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。図４は、実施形態１に係る入力軸の回転角度を出力する回転角度センサを模式的に示す平面図である。図５は、実施形態１に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。トルクセンサ９４は、入力軸８２ａに伝達された操舵トルクＴを検出する。図３に示すように、トルクセンサ９４は、相対角度検出部１００と、トルク演算部２５と、を備える。
【0042】
図３及び図５に示すように、相対角度検出部１００は、第１角度検出部３００Ａと、第２角度検出部３００Ｂと、差分演算部２２２と、記憶部２４とを備える。あるいは、相対角度検出部１００は、回転角度センサ１２と、回転角度センサ１３と、記憶部２４と、センサ演算部２００と、を備えるともいえる。相対角度検出部１００は、回転角度センサ１２と回転角度センサ１３とが出力する信号に基づいて、入力軸８２ａと出力軸８２ｂとの相対的な角度である相対角度Δθｉｏを算出する相対角度検出装置である。相対角度検出部１００は、相対角度Δθｉｏをトルク演算部２５に出力する。図３に示すように、入力軸８２ａと出力軸８２ｂは、トーションバー８２ｃによって連結されている。トーションバー８２ｃは、例えば、鋼材で形成された弾性部材である。
【0043】
トルク演算部２５は、差分演算部２２２から入力された相対角度Δθｉｏに基づき、操舵トルクＴを算出する。例えば、トルク演算部２５は、トーションバー８２ｃの特性によって決まる、相対角度Δθｉｏと操舵トルクＴとの関係を記憶している。トルク演算部２５は、差分演算部２２２から入力された相対角度Δθｉｏと、記憶された相対角度Δθｉｏと操舵トルクＴとの関係と、に基づいて操舵トルクＴを算出する。トルク演算部２５は、算出した操舵トルクＴをＥＣＵ９０に出力する。
【0044】
図３及び図４に示すように、回転角度センサ１２は、第１多極磁石１０と、基板１４と、第１磁気センサ１５と、第２磁気センサ１６と、第３磁気センサ１７と、を備える。なお、図４に示す第１多極磁石１０の回転位置は、基準位置における位置を示している。基準位置において、入力軸８２ａの回転軸又は第１多極磁石１０の回転中心が基準回転軸Ａｘ０にあって、第１多極磁石１０、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７が予め定められた位置にある。同様に、基準位置において、出力軸８２ｂの回転軸又は第２多極磁石１１の回転中心が基準回転軸Ａｘ０にあって、第２多極磁石１１、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１が予め定められた位置にある。例えば、基準位置とは、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７が第１多極磁石１０のＮ極とＳ極との境に対向した位置を示す。
【0045】
図３及び図４に示すように、第１多極磁石１０は、例えば、ラジアル方向に着磁されたリング形状の磁石である。第１多極磁石１０は、交互に配置されたＳ極及びＮ極を平面視で円形の外周面に有する。図３及び図４に示す基準回転軸Ａｘ０は、入力軸８２ａ又は出力軸８２ｂの回転軸が誤差なく回転している場合の回転軸を示す。基準回転軸Ａｘ０は、第１シャフトである入力軸８２ａ、第２シャフトである出力軸８２ｂ、第１多極磁石１０又は第２多極磁石１１の回転中心の基準であって、後述する第１変位Ｘｉがなかったとした場合の回転軸である。図４に示すギャップ方向４６は、基準回転軸Ａｘ０のラジアル方向である。第１多極磁石１０は、例えば、入力軸８２ａの回転軸と同軸となるように、入力軸８２ａの出力軸８２ｂ側の端部に取り付けられている。図４に示すように、第１多極磁石１０の磁極数ｍは、例えば、２０であるがこれに限定されない。第１多極磁石１０には、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。
【0046】
図４に示すように、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、基準回転軸Ａｘ０を中心とする半径Ｒの第１円Ｃ１上に配置され、且つ、第１多極磁石１０の外周面に対向するように、基板１４に配置される。より詳細には、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７が第１円Ｃ１上に配置されるとは、それぞれのセンサの検出基準位置（磁気検出素子の位置）１５Ｐ、１６Ｐ、１７Ｐが第１円Ｃ１上に位置することである。これにより、第１多極磁石１０と第１磁気センサ１５との間のギャップ、第１多極磁石１０と第２磁気センサ１６との間のギャップ、及び第１多極磁石１０と第３磁気センサ１７と間のギャップの差が小さくなる。その結果、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７がそれぞれ同程度の感応度の領域で磁束を検知できるようになり、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の検出値の信頼性が向上する。
【0047】
図４に示す基板１４は、例えば、車体に固定されている。図４に示す直線Ｌ０は、基準回転軸Ａｘ０から第１多極磁石１０の現在の回転位置を示す方向へ引いた直線である。なお、現在の回転位置を示す方向は、第１多極磁石１０の回転位置を定めるために便宜上設定されており、任意に設定してよい。図４に示す直線Ｌ１は、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１５Ｐとを結ぶ線分である。図４に示す直線Ｌ２は、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１６Ｐとを結ぶ線分である。図４に示す直線Ｌ３は、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１７Ｐとを結ぶ線分である。図４に示す第１基準角度θ１は、基準位置における直線Ｌ０と直線Ｌ１とが成す角度である。図４に示す第２基準角度θ２は、基準位置における直線Ｌ０と直線Ｌ２とが成す角度である。図４に示す第３基準角度θ３は、基準位置における直線Ｌ０と直線Ｌ３とが成す角度である。
【0048】
第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、例えば、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistance）素子で、磁束の向きの変化を検出できるＡＭＲセンサであるがこれに限定されない。第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、磁束の向きの変化を検出できるセンサであればよい。第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、例えば、スピンバルブセンサでもよい。スピンバルブセンサは、反強磁性層等で磁化の向きが固定された強磁性体のピン層と、強磁性体のフリー層とで非磁性層を挟んだ素子で、磁束の向きの変化を検出できるセンサである。スピンバルブセンサには、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）センサ、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサがある。
【0049】
また、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、例えば、円形垂直ホールセンサでもよい。円形垂直ホールセンサは、円周上に配置された複数のホール素子を内部に備え、磁束の向きの変化を検出できるセンサである。円形垂直ホールセンサは、円形垂直ホールセンサの検出基準位置を貫通する磁束密度を検出することで、該磁束密度の貫通方向に対応する角度信号を出力可能である。また、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、磁束の向きを検出可能なリニアホールＩＣでもよい。磁束の向きを検出可能なリニアホールＩＣとは、例えば、リニアホールＩＣの実装面に垂直な第１方向の磁束を検出可能な第１ホール素子及び第２ホール素子と、軟磁性体と、を備える。そして、軟磁性体は、リニアホールＩＣが配置された位置を貫通する磁束を曲げる。具体的には、軟磁性体は、該磁束のうち、第１方向と直交する第２方向の磁束が第１ホール素子を貫通するように、該第２方向の磁束を第１方向に収束させる。これによれば、第１ホール素子のホール電圧は、第２方向の磁束の磁束密度に比例する。さらに、軟磁性体は、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の磁束が第２ホール素子を貫通するように、該第３方向の磁束を第１方向に収束させる。これにより、第２ホール素子のホール電圧は、第３方向の磁束の磁束密度に比例する。このような構成により、該リニアホールＩＣは、第１ホール素子及び第２ホール素子がそれぞれ出力するホール電圧の比に基づいて、リニアホールＩＣが配置された位置を貫通する磁束の向きを検出することができる。
【0050】
第１磁気センサ１５と第２磁気センサ１６とは、第１多極磁石１０の外周面の周方向に１磁極対分の機械角だけ離れた位置に配置されているがこれに限定されない。第１磁気センサ１５と第２磁気センサ１６との配置は、直線Ｌ１と、直線Ｌ２とが成す角度φ１が第１多極磁石１０の１磁極分の機械角を整数倍した角度であればよい。これにより、第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１６を貫通する磁束の向きを揃えることができる。その結果、第１磁気センサ１５が出力する角度信号の位相と第２磁気センサ１６が出力する角度信号の位相とを一致させることができる。
【0051】
第１磁気センサ１５と第３磁気センサ１７とは、第１多極磁石１０の外周面の周方向に１磁極対分の機械角だけ離れた位置に配置されているがこれに限定されない。第１磁気センサ１５と第３磁気センサ１７との配置は、直線Ｌ１と、直線Ｌ３とが成す角度φ２が第１多極磁石１０の１磁極分の機械角を整数倍した角度であればよい。これにより、第１磁気センサ１５及び第３磁気センサ１７を貫通する磁束の向きを揃えることができる。その結果、第１磁気センサ１５が出力する角度信号の位相と第３磁気センサ１７が出力する角度信号の位相とを一致させることができる。
【0052】
図６は、実施形態１に係る第１磁気センサが出力する波形と磁極との関係を示す説明図である。図６に示す説明図は、第１磁気センサ１５と対向する第１多極磁石１０の磁極と、第１磁気センサ１５が出力する信号の波形の関係を示している。図６の横軸に示す入力軸機械角は、入力軸８２ａの機械角（回転角度）を示している。
【0053】
図５及び図６に示すように、第１磁気センサ１５は、第１多極磁石１０が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｉ１及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｉ１をセンサ演算部２００に出力する。図６に示すように、第１多極磁石１０が１磁極分回転するとは、入力軸８２ａの機械角で１８度分回転することに相当する。図５に示すように、第２磁気センサ１６は、第１多極磁石１０が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｉ２及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｉ２をセンサ演算部２００に出力する。第３磁気センサ１７は、第１多極磁石１０が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｉ３及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｉ３をセンサ演算部２００に出力する。
【0054】
図３に示すように、回転角度センサ１３は、第２多極磁石１１と、基板１８と、第４磁気センサ１９と、第５磁気センサ２０と、第６磁気センサ２１と、を備える。
【0055】
第２多極磁石１１は、出力軸８２ｂの入力軸８２ａ側の端部に取り付けられ、出力軸８２ｂと同期して回転すること以外は、第１多極磁石１０と同様である。すなわち、第２多極磁石１１は、磁極数及び磁極のピッチが第１多極磁石１０と同じである。なお、第２多極磁石１１は、磁極数及び磁極のピッチが第１多極磁石１０と異なってもよい。
【0056】
図３に示すように、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１は、検出基準位置１９Ｐ、２０Ｐ、２１Ｐが基準回転軸Ａｘ０を中心とする半径Ｒの第２円Ｃ２上に配置され、且つ、第２多極磁石１１の外周面に対向するように基板１８に配置される。これにより、第２多極磁石１１と第４磁気センサ１９との間のギャップ、第２多極磁石１１と第５磁気センサ２０との間のギャップ、及び第２多極磁石１１と第６磁気センサ２１との間のギャップの差が小さくなる。その結果、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１がそれぞれ同程度の感応度の領域で磁束を検知できるようになり、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１の検出値の信頼性が向上する。
【0057】
図３に示す基板１８は、例えば、車体に固定されている。第４磁気センサ１９と第５磁気センサ２０とは、第２多極磁石１１の外周面の周方向に１磁極対分の機械角だけ離れた位置に配置される。第４磁気センサ１９と第６磁気センサ２１とは、第２多極磁石１１の外周面の周方向に１磁極対分の機械角だけ離れた位置に配置される。なお、第１円Ｃ１の半径と第２円Ｃ２の半径とは、異なる長さでもよい。
【0058】
図５に示すように、第４磁気センサ１９は、第２多極磁石１１が１磁極分の機械角回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｏ１及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｏ１をセンサ演算部２００に出力する。第５磁気センサ２０は、第２多極磁石１１が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｏ２及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｏ２をセンサ演算部２００に出力する。第６磁気センサ２１は、第２多極磁石１１が１磁極分回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθｏ３及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθｏ３をセンサ演算部２００に出力する。
【0059】
記憶部２４は、センサ演算部２００から出力される情報を記憶する。記憶部２４は、後述する式（７）から式（３１）等の情報を少なくとも記憶する。記憶部２４は、メモリである。メモリとは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった揮発性又は不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が該当する。なお、記憶部２４は、センサ演算部２００に含まれる構成としてもよい。
【0060】
図５に示すように、センサ演算部２００は、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６と、異常検出部２０８と、角度補正部２１０と、角度演算部２１２と、角度演算部２１４と、角度演算部２１６と、異常検出部２１８と、角度補正部２２０と、差分演算部２２２と、を備える。角度演算部２０２、角度演算部２０４、及び角度演算部２０６は、角度補正部２１０に接続されている。角度演算部２１２、角度演算部２１４、及び角度演算部２１６は、角度補正部２２０に接続されている。
【0061】
第１角度検出部３００Ａは、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、第３磁気センサ１７と、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６と、角度補正部２１０とを少なくとも含む。第１角度検出部３００Ａは、さらに、異常検出部２０８を備えてもよい。ここで、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６とは、それぞれ第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７のいずれかの角度信号に基づいて、角度信号を算出する。角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６とがなく、角度演算部２０２が角度演算部２０４及び角度演算部２０６の処理をしてもよい。つまり、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６とが１つにまとめられて全体として角度演算部として構成してもよく、角度演算部として構成する数は任意である。
【0062】
第２角度検出部３００Ｂは、第４磁気センサ１９と、第５磁気センサ２０と、第６磁気センサ２１と、角度演算部２１２と、角度演算部２１４と、角度演算部２１６と、角度補正部２２０とを少なくとも含む。第２角度検出部３００Ｂは、さらに、異常検出部２１８を備えてもよい。ここで、角度演算部２１２と、角度演算部２１４と、角度演算部２１６とは、それぞれ第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１のいずれかの角度信号に基づいて、角度信号を算出する。角度演算部２１２と、角度演算部２１４と、角度演算部２１６とが１つにまとめられて全体として角度演算部として構成してもよく、角度演算部として構成する数は任意である。
【0063】
本実施形態において、角度補正部２１０とは別に、角度補正部２２０を備え、角度補正部２１０及び角度補正部２２０が、それぞれ第１角度検出部３００Ａ又は第２角度検出部３００Ｂの角度補正部として機能する。上述した角度補正部２２０がなく、角度補正部２１０が角度補正部２２０の処理をしてもよい。あるいは、上述した角度補正部２１０がなく、角度補正部２２０が角度補正部２１０の処理をしてもよい。
【0064】
角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５が直線Ｌ０上に位置する場合の第１磁気センサ１５と対向位置にある磁極を記憶部２４に記憶させる。具体的には、角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５が直線Ｌ０上に位置する場合に、記憶部２４が記憶する磁極判定数ｎに０を代入する。
【0065】
角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉ１が正から負に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉ１が正である場合に、磁極判定数ｎに１を加算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉ１が負から正に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉ１が負である場合に、磁極判定数ｎに１を加算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉ１が負から正に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉ１が正である場合に、磁極判定数ｎから１を減算する。角度演算部２０２は、余弦波信号ｃｏｓθｉ１が正から負に変化し、且つ、正弦波信号ｓｉｎθｉ１が負である場合に、磁極判定数ｎから１を減算する。これによれば、角度演算部２０２は、第１多極磁石１０の回転方向に応じて、第１磁気センサ１５と対向する磁極が変わった回数をカウントすることができる。
【0066】
角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５が直線Ｌ０上に位置する場合の第１磁気センサ基準角度θｉ１ｂを記憶部２４に記憶された式（７）によって算出する。ここで、式（７）に示した正弦波信号ｓｉｎθｉ１及び余弦波信号ｃｏｓθｉ１は、第１磁気センサ１５が直線Ｌ０上に位置する場合の値とする。角度演算部２０２は、第１磁気センサ基準角度θｉ１ｂを記憶部２４に記憶する。
【0067】
θｉ１ｂ＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｉ１／ｃｏｓθｉ１）…（７）
【0068】
角度演算部２０２は、第１角度θｉ１を、記憶部２４に記憶された式（８）によって算出する。図５に示すように、角度演算部２０２は、算出した第１角度θｉ１を角度補正部２１０及び異常検出部２０８に出力する。
【0069】
θｉ１＝｛ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｉ１／ｃｏｓθｉ１）＋ｎ×１８０－θｉ１ｂ｝／ｍ…（８）
【0070】
図５に示すように、角度演算部２０４は、正弦波信号ｓｉｎθｉ２と余弦波信号ｃｏｓθｉ２とに基づいて第２角度θｉ２を算出して異常検出部２０８及び角度補正部２１０に出力する。角度演算部２０６は、正弦波信号ｓｉｎθｉ３と余弦波信号ｃｏｓθｉ３とに基づいて第３角度θｉ３を算出して異常検出部２０８及び角度補正部２１０に出力する。なお、第２角度θｉ２及び第３角度θｉ３の算出方法は、第１角度θｉ１の算出方法と同様であるため、説明を省略する。
【0071】
異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第２角度θｉ２と第３角度θｉ３とを比較して、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の異常を検出する。異常検出部２０８は、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７のうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、いずれのセンサが異常であるかを示す情報を角度補正部２１０及びＥＣＵ９０に出力する。これによれば、トルクセンサ９４は、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７のうち少なくとも１つが故障したことを検出できる。異常検出部２０８が第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の異常を検出する方法については、後述する。
【0072】
角度補正部２１０は、第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３に基づいて、入力軸８２ａの回転角度である第１補正角度θｉｓを算出する。より詳細には、第１補正角度θｉｓとは、基準位置における入力軸８２ａの回転位置を基準とした入力軸８２ａの回転角度である。角度補正部２１０が第１補正角度θｉｓを算出する方法については、後述する。
【0073】
角度演算部２１２は、正弦波信号ｓｉｎθｏ１と余弦波信号ｃｏｓθｏ１とに基づいて、第４磁気センサ１９の対向位置に位置する磁極を記憶部２４に記憶させること、及び正弦波信号ｓｉｎθｏ１と余弦波信号ｃｏｓθｏ１とに基づいて第４角度θｏ１を算出して異常検出部２１８及び角度補正部２２０に出力すること以外は角度演算部２０２と同様である。なお、第４角度θｏ１の算出方法は、第１角度θｉ１の算出方法と同様であるため、説明を省略する。
【0074】
角度演算部２１４は、正弦波信号ｓｉｎθｏ２と余弦波信号ｃｏｓθｏ２とに基づいて第５角度θｏ２を算出して異常検出部２１８及び角度補正部２２０に出力する。角度演算部２１６は、正弦波信号ｓｉｎθｏ３と余弦波信号ｃｏｓθｏ３とに基づいて第６角度θｏ３を算出して異常検出部２１８及び角度補正部２２０に出力する。なお、第５角度θｏ２及び第６角度θｏ３の算出方法は、第４角度θｏ１の算出方法と同様であるため、説明を省略する。
【0075】
異常検出部２１８は、第４角度θｏ１と第５角度θｏ２と第６角度θｏ３とを比較して、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１の異常を検出する。異常検出部２１８は、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１のうち少なくとも１つの異常を検出した場合に、いずれのセンサが異常であるかを示す情報を角度補正部２２０及びＥＣＵ９０に出力する。これによれば、トルクセンサ９４は、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１のうち少なくとも１つが故障したことを検出できる。
【0076】
角度補正部２２０は、第４角度θｏ１、第５角度θｏ２、及び第６角度θｏ３に基づいて、出力軸８２ｂの回転角度である第２補正角度θｏｓを算出する。角度補正部２２０が第２補正角度θｏｓを算出する方法については、後述する。
【0077】
差分演算部２２２は、第１補正角度θｉｓと第２補正角度θｏｓとに基づいて、入力軸８２ａと出力軸８２ｂとの相対的な角度差である相対角度Δθｉｏを算出する。具体的に、差分演算部２２２は、記憶部２４に記憶された式（９）によって相対角度Δθｉｏを算出する。差分演算部２２２は、相対角度Δθｉｏをトルク演算部２５に出力する。
【0078】
Δθｉｏ＝θｉｓ－θｏｓ…（９）
【0079】
図７は、実施形態１に係る異常検出部が回転角度センサの異常を検出する手順を示すフローチャートである。図８は、実施形態１に係る異常検出部が第１磁気センサ及び第２磁気センサの異常を検出する方法を説明するための説明図である。図９は、実施形態１に係る異常検出部が第２磁気センサ及び第３磁気センサの異常を検出する方法を説明するための説明図である。図１０は、実施形態１に係る異常検出部が第３磁気センサ及び第１磁気センサの異常を検出する方法を説明するための説明図である。図１１は、実施形態１に係るトルクセンサの入力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。図１１に示す回転軸Ａｘ１は、例えば、車両１０１の振動等により、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂの位置が変位した場合の入力軸８２ａ又は第１多極磁石１０の回転軸である。
【0080】
図１１に示す直線Ｌ４は、基準回転軸Ａｘ０から回転軸Ａｘ１の方向へ引いた直線である。図１１に示す角度Ｙｉは、直線Ｌ０と直線Ｌ４とが成す角度である。図１１に示す第１変位Ｘｉは、基準回転軸Ａｘ０と回転軸Ａｘ１との距離である。図１２は、実施形態１に係る第１多極磁石の磁束の向きを説明するための説明図である。図１２に示す説明図は、回転軸Ａｘ１方向から第１磁気センサ１５及び第１多極磁石１０を見た平面図の一部である。図１２に示すギャップ直交方向４８は、ギャップ方向４６と直交する方向である。
【0081】
本実施形態においては、図１１に示す第１変位Ｘｉは、基準回転軸Ａｘ０と回転軸Ａｘ１との距離である。図１１に示す第１変位Ｘｉは、基準回転軸Ａｘ０と回転軸Ａｘ１とが平行である場合に限られず、回転軸Ａｘ１が基準回転軸Ａｘ０に対して傾いている場合、あるいは、第１多極磁石１０の回転軸が基準回転軸Ａｘ０に対して傾いている場合でも生じ得る。これらの場合のいずれでも、第１角度検出部３００Ａは、第１変位Ｘｉによる誤差が補正された第１補正角度θｉｓを精度良く算出することができる。この作用は、後述する第２角度検出部３００Ｂにおいても同様である。
【0082】
図７から図１２を参照して、異常検出部２０８が第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の異常を判定する方法、並びに角度補正部２１０が第１補正角度θｉｓを算出する方法について説明する。
【0083】
図７に示すように、まず、異常検出部２０８は、比較ステップＳＴ２を実行する。比較ステップＳＴ２において、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第２角度θｉ２と第３角度θｉ３とを比較して、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の異常を検出する。具体的には、図８に示すように、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第２角度θｉ２との差が予め定められた閾値Ｔｈを超えた場合に、第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１６のうち少なくとも１つが異常であることを検出する。図８に示すｔ１は、第１角度θｉ１と第２角度θｉ２との差が閾値Ｔｈを超えた時刻を示す。図９に示すように、異常検出部２０８は、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が予め定められた閾値Ｔｈを超えた場合に、第２磁気センサ１６及び第３磁気センサ１７のうち少なくとも一方が異常であることを検出する。図９に示すｔ２は、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈを超えた時刻を示す。図１０に示すように、異常検出部２０８は、例えば、第３角度θｉ３と第１角度θｉ１との差が予め定められた閾値Ｔｈを超えない場合に、第３磁気センサ１７及び第１磁気センサ１５が正常であると判定する。
【0084】
なお、異常検出部２０８が異常を検出する方法は、これに限定されない。異常検出部２０８は、例えば、正弦波信号ｓｉｎθｉ１が予め定められた値を超えた場合に第１磁気センサ１５の異常を検出し、正弦波信号ｓｉｎθｉ２が予め定められた値を超えた場合に第２磁気センサ１６の異常を検出し、さらに、正弦波信号ｓｉｎθｉ３が予め定められた値を超えた場合に第３磁気センサ１７の異常を検出するとしてもよい。これによれば、第１磁気センサ１５の異常と第２磁気センサ１６の異常と第３磁気センサ１７の異常とを個別に検出することができる。また、異常検出部２０８は、例えば、正弦波信号ｓｉｎθｉ１と正弦波信号ｓｉｎθｉ２と正弦波信号ｓｉｎθｉ３とを比較して、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の異常を検出してもよい。
【0085】
次に、異常検出部２０８は、回転角度センサ１２が異常であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。具体的には、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈ以下であり、且つ、第２角度θｉ２と第１角度θｉ１との差が閾値Ｔｈ以下であり、且つ、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈ以下の場合のみ、回転角度センサ１２が異常ではないと判定する。
【0086】
回転角度センサ１２が異常ではないと判定された場合（ステップＳＴ４、Ｙｅｓ）、角度補正部２１０は、第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３に基づいて、第１補正角度θｉｓを算出する。具体的には、角度補正部２１０は、記憶部２４に記憶された式（１０）、式（１１）、及び式（１２）の連立方程式を解くことで第１補正角度θｉｓを算出する。式（１０）に示す第１基準角度θ１は、基準位置における第１角度θｉ１の値でもある。式（１１）に示す第２基準角度θ２は、基準位置における第２角度θｉ２の値でもある。式（１２）に示す第３基準角度θ３は、基準位置における第３角度θｉ３の値でもある。なお、第１基準角度θ１、第２基準角度θ２、及び第３基準角度θ３は、記憶部２４に予め記憶されている。
【0087】
θｉ１＝θ１＋Ｚ１＋θｉｓ…（１０）
θｉ２＝θ２＋Ｚ２＋θｉｓ…（１１）
θｉ３＝θ３＋Ｚ３＋θｉｓ…（１２）
θｉ２＝θ２＋Ｚ２＋θｉｓ…（１１）
θｉ３＝θ３＋Ｚ３＋θｉｓ…（１２）
【0088】
式（１０）に示す誤差Ｚ１は、第１磁気センサ１５と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる第１角度θｉ１の誤差である。誤差Ｚ１は、記憶部２４に記憶された式（１３）で定義される。式（１１）に示す誤差Ｚ２は、第２磁気センサ１６と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる第２角度θｉ２の誤差である。誤差Ｚ２は、記憶部２４に記憶された式（１４）で定義される。式（１２）に示す誤差Ｚ３は、第３磁気センサ１７と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる第３角度θｉ３の誤差である。誤差Ｚ３は、記憶部２４に記憶された式（１５）で定義される。なお、半径Ｒは、記憶部２４に予め設定されている。
【0089】
Ｚ１＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ１－Ｙｉ）／Ｒ｝…（１３）
Ｚ２＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ２－Ｙｉ）／Ｒ｝…（１４）
Ｚ３＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ３－Ｙｉ）／Ｒ｝…（１５）
Ｚ２＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ２－Ｙｉ）／Ｒ｝…（１４）
Ｚ３＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ３－Ｙｉ）／Ｒ｝…（１５）
【0090】
図１２に示すように、第１磁気センサ１５の検出基準位置１５Ｐを貫通する第１多極磁石１０の磁束（磁力線）１０ｍの向きは、第１磁気センサ１５がギャップ方向４６よりもギャップ直交方向４８に変位した場合に大きく変化する。一方、第１磁気センサ１５は、検出基準位置１５Ｐを貫通する磁束の向きに基づいて角度信号を出力する。したがって、該角度信号は、第１磁気センサ１５と第１多極磁石１０とがギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差が大きくなる。また、第２磁気センサ１６が出力する角度信号は、第１磁気センサ１５と同様の理由により、第２磁気センサ１６と第１多極磁石１０とがギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差が大きくなる。また、第３磁気センサ１７が出力する角度信号は、第１磁気センサ１５と同様の理由により、第３磁気センサ１７と第１多極磁石１０とがギャップ直交方向４８に相対変位した場合に、誤差が大きくなる。
【0091】
角度補正部２１０は、第１磁気センサ１５と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる誤差Ｚ１、第２磁気センサ１６と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる誤差Ｚ２、及び第３磁気センサ１７と第１多極磁石１０の回転軸とがギャップ直交方向４８へ相対的に変位したことによる誤差Ｚ３を補正して第１補正角度θｉｓを算出する。これによれば、角度補正部２１０は、第１多極磁石１０の回転軸が基準位置から変位した場合でも、第１補正角度θｉｓを精度良く算出することができる。
【0092】
以上説明したように、第１角度検出部３００Ａは、第１シャフトとして入力軸８２ａと、第１多極磁石１０と、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、第３磁気センサ１７と、角度演算部２０２と、角度演算部２０４と、角度演算部２０６と、角度補正部２１０を少なくとも含む。第１多極磁石１０は、入力軸８２ａの回転に連動して回転し、入力軸８２ａの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置されている。第１磁気センサ１５と、第２磁気センサ１６と、第３磁気センサ１７とは、第１多極磁石１０の周囲において周方向に異なる位置に配置されている。そして、第１磁気センサ１５と、第２磁気センサ１６と、第３磁気センサ１７とは、第１多極磁石１０の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する。角度演算部２０２は、第１磁気センサ１５が出力する角度信号に基づいて第１多極磁石１０の回転角度である第１角度θｉ１を算出し、角度演算部２０４は、第２磁気センサ１６が出力する角度信号に基づいて第１多極磁石１０の回転角度である第２角度θｉ２を算出し、角度演算部２０６は、第３磁気センサ１７が出力する角度信号に基づいて第１多極磁石１０の回転角度である第３角度θｉ３を算出する。
【0093】
角度補正部２１０は、第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３に基づいて、入力軸８２ａ又は第１多極磁石１０の基準回転軸Ａｘ０に対して、入力軸８２ａ又は第１多極磁石１０の実際の回転軸Ａｘ１がずれている相対的な第１変位Ｘｉによる誤差が補正された第１多極磁石１０の回転角度である第１補正角度θｉｓを算出する。これによれば、第１角度検出部３００Ａは、第１多極磁石１０の回転角度の検出精度を高めることができる。
【0094】
図１３は、実施形態１に係る出力軸の回転角度を出力する回転角度センサを模式的に示す平面図である。図１４は、実施形態１に係るトルクセンサの出力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。図１３及び図１４に示す直線Ｌ００は、基準回転軸Ａｘ０から第２多極磁石１１の回転の基準方向へ引いた直線である。
【0095】
図１３に示すように、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１９Ｐとを結ぶ線分Ｌ２１と、直線Ｌ００とが成す角は、第４基準角度θ４となっている。基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置２０Ｐとを結ぶ線分Ｌ２２と、直線Ｌ００とが成す角は、第５基準角度θ５となっている。基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置２１Ｐとを結ぶ線分Ｌ２３と、直線Ｌ００とが成す角は、第６基準角度θ６となっている。線分Ｌ２１と、Ｌ２２とが成す角は、角度φ３となっている。線分Ｌ２１と、Ｌ２３とが成す角は、角度φ４となっている。図１４に示す回転軸Ａｘ１は、例えば、車両１０１の振動等により、出力軸８２ｂの位置が変位した場合の出力軸８２ｂの回転軸である。
【0096】
図１４に示す直線Ｌ２４は、基準回転軸Ａｘ０から回転軸Ａｘ１の方向へ引いた直線である。図１４に示すように、基準回転軸Ａｘ０に対しての相対的な第２変位がＸｏとされ、第２変位Ｘｏの方向と基準回転軸Ａｘ０から第２多極磁石１１の回転中心へ引いた直線とが成す角度がＹｏとされる。
【0097】
角度補正部２２０は、記憶部２４に記憶された式（１６）、式（１７）、及び式（１８）の連立方程式を解くことで第２補正角度θｏｓを算出する。式（１６）に示す第４基準角度θ４は、基準位置における第４角度θｏ１の値でもある。式（１７）に示す第５基準角度θ５は、基準位置における第５角度θｏ２の値でもある。式（１８）に示す第６基準角度θ６は、基準位置における第６角度θｏ３の値でもある。なお、第４基準角度θ４、第５基準角度θ５、及び第６基準角度θ６は、記憶部２４に予め記憶されている。
【0098】
θｏ１＝θ４＋Ｚ４＋θｏｓ…（１６）
θｏ２＝θ５＋Ｚ５＋θｏｓ…（１７）
θｏ３＝θ６＋Ｚ６＋θｏｓ…（１８）
θｏ２＝θ５＋Ｚ５＋θｏｓ…（１７）
θｏ３＝θ６＋Ｚ６＋θｏｓ…（１８）
【0099】
誤差Ｚ４は、第２変位ＸＯに伴って生じた第４角度θＯ１の誤差成分である。誤差Ｚ５は、第２変位ＸＯに伴って生じた第５角度θＯ２の誤差成分である。誤差Ｚ６は、第２変位ＸＯに伴って生じた第６角度θＯ３の誤差成分である。なお、半径Ｒは、記憶部２４に予め記憶されている。
【0100】
Ｚ４＝ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ４－ＹＯ）／Ｒ｝…（１９）
Ｚ５＝ａｒｃｔａｎ｛ＸＯｓｉｎ（θ５－ＹＯ）／Ｒ｝…（２０）
Ｚ６＝ａｒｃｔａｎ｛ＸＯｓｉｎ（θ６－ＹＯ）／Ｒ｝…（２１）
Ｚ５＝ａｒｃｔａｎ｛ＸＯｓｉｎ（θ５－ＹＯ）／Ｒ｝…（２０）
Ｚ６＝ａｒｃｔａｎ｛ＸＯｓｉｎ（θ６－ＹＯ）／Ｒ｝…（２１）
【0101】
本実施形態においては、出力軸８２ｂ又は第２多極磁石１１の基準回転軸は、入力軸又は第１多極磁石１０の基準回転軸Ａｘ０と同じである。出力軸８２ｂ又は第２多極磁石１１の基準回転軸は、入力軸８２ａ又は第１多極磁石１０の基準回転軸Ａｘ０と異なってもよい。
【0102】
異常検出部２０８が回転角度センサ１２に異常があると判定した場合（ステップＳＴ４、Ｎｏ）、異常検出部２０８は、第１磁気センサ１５のみが異常であるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。具体的には、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈを超え、且つ、第２角度θｉ２と第１角度θｉ１との差が閾値Ｔｈを超え、且つ、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈ以下の場合に、第１磁気センサ１５のみが異常であると判定する。
【0103】
ステップＳＴ６で異常検出部２０８が第１磁気センサ１５のみが異常であると判定した場合（ステップＳＴ６、Ｙｅｓ）、角度補正部２１０は、第１磁気センサ１５を除外して角度検出を行う（ステップＳＴ８）。具体的には、まず、異常検出部２０８は、第１磁気センサ１５のみが異常であることを示す情報を角度補正部２１０に出力する。次に、角度補正部２１０は、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との平均値から第１補正角度θｉｓを算出する。具体的には、角度補正部２１０は、記憶部２４に記憶された式（２２）によって第１補正角度θｉｓを算出する。
【0104】
θｉｓ＝（θｉ２＋θｉ３）／２…（２２）
【0105】
これによれば、第１磁気センサ１５が故障した場合でも、第１補正角度θｉｓを算出することができる。これにより、回転角度センサ１２を冗長化させることができる。その結果、トルクセンサ９４の信頼性を向上させることができる。
【0106】
ステップＳＴ６で異常検出部２０８が第１磁気センサ１５のみが異常ではないと判定した場合（ステップＳＴ６、Ｎｏ）、異常検出部２０８は、第２磁気センサ１６のみが異常であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０）。具体的には、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈ以下であり、且つ、第２角度θｉ２と第１角度θｉ１との差が閾値Ｔｈを超え、且つ、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈを超えた場合に、第２磁気センサ１６のみが異常であると判定する。
【0107】
ステップＳＴ１０で異常検出部２０８が第２磁気センサ１６のみが異常であると判定した場合（ステップＳＴ１０、Ｙｅｓ）、角度補正部２１０は、第２磁気センサ１６を除外して角度検出を行う（ステップＳＴ１２）。具体的には、まず、異常検出部２０８は、第２磁気センサ１６のみが異常であることを示す情報を角度補正部２１０に出力する。次に、角度補正部２１０は、第１角度θｉ１と第３角度θｉ３とに基づいて第１補正角度θｉｓを算出する。具体的には、角度補正部２１０は、記憶部２４に記憶された式（２３）によって第１補正角度θｉｓを算出する。
【0108】
θｉｓ＝（θｉ１＋θｉ３）／２…（２３）
【0109】
これによれば、第２磁気センサ１６が故障した場合でも、第１補正角度θｉｓを算出することができる。これにより、回転角度センサ１２を冗長化させることができる。その結果、トルクセンサ９４の信頼性を向上させることができる。
【0110】
ステップＳＴ１０で異常検出部２０８が第２磁気センサ１６のみが異常ではないと判定した場合（ステップＳＴ１０、Ｎｏ）、異常検出部２０８は、第３磁気センサ１７のみが異常であるか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。具体的には、異常検出部２０８は、第１角度θｉ１と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈを超え、且つ、第２角度θｉ２と第１角度θｉ１との差が閾値Ｔｈ以下であり、且つ、第２角度θｉ２と第３角度θｉ３との差が閾値Ｔｈを超えた場合に、第３磁気センサ１７のみが異常であると判定する。
【0111】
ステップＳＴ１４で異常検出部２０８が第３磁気センサ１７のみが異常であると判定した場合（ステップＳＴ１４、Ｙｅｓ）、角度補正部２１０は、第３磁気センサ１７を除外して角度検出を行う（ステップＳＴ１６）。具体的には、まず、異常検出部２０８は、第３磁気センサ１７のみが異常であることを示す情報を角度補正部２１０に出力する。次に、角度補正部２１０は、第１角度θｉ１と第２角度θｉ２とに基づいて第１補正角度θｉｓを算出する。具体的には、角度補正部２１０は、記憶部２４に記憶された式（２４）によって第１補正角度θｉｓを算出する。
【0112】
θｉｓ＝（θｉ１＋θｉ２）／２…（２４）
【0113】
これによれば、第３磁気センサ１７が故障した場合でも、第１補正角度θｉｓを算出することができる。これにより、回転角度センサ１２を冗長化させることができる。その結果、トルクセンサ９４の信頼性を向上させることができる。
【0114】
ステップＳＴ１４で異常検出部２０８が第３磁気センサ１７のみが異常ではないと判定した場合（ステップＳＴ１４、Ｎｏ）、異常検出部２０８は、運転継続不可判定を行う（ステップＳＴ１８）。具体的には、異常検出部２０８は、運転継続不可判定信号を角度補正部２１０及びＥＣＵ９０に出力する。
【0115】
角度補正部２１０は、異常検出部２０８によって異常が検出されていない磁気センサの出力に基づいて第１補正角度θｉｓを算出する。これによれば、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７のうち、いずれか一つが故障した場合でも、第１補正角度θｉｓを算出することができる。
【0116】
異常検出部２１８は、第４角度θｏ１と、第５角度θｏ２と、第６角度θｏ３とを比較して、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１の異常を異常検出部２０８と同様の方法で検出する。また、角度補正部２２０は、角度補正部２１０と同様に、異常検出部２１８によって異常が検出されていない磁気センサの出力に基づいて第２補正角度θｏｓを算出する。これによれば、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１のうち、いずれか一つが故障した場合でも、第２補正角度θｏｓを算出することができる。これにより、トルクセンサ９４を冗長化させることができる。その結果、トルクセンサ９４の信頼性を向上させることができる。
【0117】
角度補正部２２０は、角度補正部２１０と同様の方法で第２補正角度θｏｓを算出する。これによれば、角度補正部２２０は、第２多極磁石１１の回転軸が基準位置から変位した場合でも、第２補正角度θｏｓをより精度良く算出することができる。したがって、相対角度検出部１００は、精度が向上した第１補正角度θｉｓと精度が向上した第２補正角度θｏｓとの差分から相対角度Δθｉｏを算出する。このため、相対角度Δθｉｏも精度が向上している。
【0118】
図５に示すように、図３に示すトルク演算部２５は、操舵トルクＴの情報を信号としてＥＣＵ９０に出力する。また、トルクセンサ９４は、精度が向上した相対角度Δθｉｏに基づいて、操舵トルクＴの情報を算出することができる。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴの情報と車速ＳＶと動作情報ＳＹとに基づいて補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてモータ９３へ供給する電力値ＳＸを調節する。その結果、電動パワーステアリング装置８０は、操作者へ与える違和感の少ない補助操舵トルクを出力することができる。
【0119】
以上説明したように、第２角度検出部３００Ｂは、第２シャフトとして出力軸８２ｂと、第２多極磁石１１と、第４磁気センサ１９、第５磁気センサ２０、第６磁気センサ２１と、角度演算部２１２と、角度演算部２１４と、角度演算部２１６と、角度補正部２２０を少なくとも含む。第２多極磁石１１は、出力軸８２ｂの回転に連動して回転し、出力軸８２ｂの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置されている。第４磁気センサ１９と、第５磁気センサ２０と、第６磁気センサ２１とは、第２多極磁石１１の周囲において周方向に異なる位置に配置されている。そして、第４磁気センサ１９と、第５磁気センサ２０と、第６磁気センサ２１とは、第２多極磁石１１の回転を検出してそれぞれの角度信号を出力する。角度演算部２１２は、第４磁気センサ１９が出力する角度信号に基づいて第２多極磁石１１の回転角度である第４角度θｏ１を算出し、角度演算部２１４は、第５磁気センサ２０が出力する角度信号に基づいて第２多極磁石１１の回転角度である第５角度θｏ２を算出し、角度演算部２１６は、第６磁気センサ２１が出力する角度信号に基づいて第２多極磁石１１の回転角度である第６角度θｏ３を算出する。
【0120】
角度補正部２２０は、第４角度θｏ１、第５角度θｏ２、及び第６角度θｏ３に基づいて、出力軸８２ｂ又は第２多極磁石１１の基準回転軸Ａｘ０に対して、出力軸８２ｂ又は第２多極磁石１１の実際の回転軸がずれている相対的な第２変位による誤差が補正された第２多極磁石１１の回転角度である第２補正角度θｏｓを算出する。これによれば、第２角度検出部３００Ｂは、第２多極磁石１１の回転角度の検出精度を高めることができる。
【0121】
（実施形態２）
図１５は、実施形態２に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。実施形態２に係るトルクセンサ９４ａは、第１ギヤ２６ａ、第２ギヤ２８ａ、磁石３０ａ、及びアングル磁気センサ３２ａを備え、相対角度検出部１００に代えて相対角度検出部１００ａを備える点で、上述したトルクセンサ９４とは異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１５は、実施形態２に係るトルクセンサを模式的に示す斜視図である。実施形態２に係るトルクセンサ９４ａは、第１ギヤ２６ａ、第２ギヤ２８ａ、磁石３０ａ、及びアングル磁気センサ３２ａを備え、相対角度検出部１００に代えて相対角度検出部１００ａを備える点で、上述したトルクセンサ９４とは異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0122】
図１６は、実施形態２に係るアングル磁気センサと磁石との位置関係を説明するための平面図である。図１５及び図１６に示すように、第１ギヤ２６ａは、入力軸８２ａに取り付けられている。第１ギヤ２６ａは、入力軸８２ａと同期して回転する。図１６に示すように、第２ギヤ２８ａは、回転軸Ａｘ２を回転軸として回転可能に固定されている。第２ギヤ２８ａは、例えば、車体に固定されている。第２ギヤ２８ａは、第１ギヤ２６ａと噛み合うように配置されている。第２ギヤ２８ａは、第１ギヤ２６ａと連動して回転する。第２ギヤ２８ａに対する第１ギヤ２６ａのギヤ比は、例えば、３である。つまり、第１ギヤ２６ａが１回転した場合に、第２ギヤ２８ａは、３回転する。
【0123】
図１５及び図１６に示すように、磁石３０ａは、円柱形状の永久磁石である。磁石３０ａは、磁石３０ａの径方向に着磁されている。磁石３０ａは、第２ギヤ２８ａの内側に配置されている。磁石３０ａは、回転軸Ａｘ２を回転軸として第２ギヤ２８ａと同期して回転する。磁石３０ａには、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。なお、磁石３０ａの着磁パターンは、アングル磁気センサ３２ａが磁石３０ａの回転を検出できるパターンであればよい。
【0124】
図１７は、実施形態２に係るトルクセンサを機能ブロックを用いて示す模式図である。図１７に示すように、相対角度検出部１００ａは、センサ演算部２００に代えてセンサ演算部２００ａを備える点で、相対角度検出部１００と異なる。図１５及び図１６に示すように、アングル磁気センサ３２ａは、回転軸Ａｘ２上に配置されている。アングル磁気センサ３２ａは、磁石３０ａの上面に対向して配置されている。アングル磁気センサ３２ａは、例えば、車体に固定されている。図１７に示すように、アングル磁気センサ３２ａは、磁石３０ａが１回転するごとに、１周期の正弦波信号ｓｉｎθａｎ及び１周期の余弦波信号ｃｏｓθａｎをセンサ演算部２００ａに出力する。アングル磁気センサ３２ａは、例えば、スピンバルブセンサであるがこれに限定されない。アングル磁気センサ３２ａは、例えば、ＡＭＲセンサ、円形垂直ホールセンサ、及び磁束の向きを検出可能な上述のリニアホールＩＣでもよい。
【0125】
図１７に示すように、センサ演算部２００ａは、θａｎ演算部２２４ａを備える点で、センサ演算部２００と異なる。θａｎ演算部２２４ａは、アングル磁気センサ検出角度θａｎを、記憶部２４に記憶された式（２５）によって算出する。
【0126】
θａｎ＝ａｒｃｔａｎ｛ｓｉｎθａｎ／ｃｏｓθａｎ｝…（２５）
【0127】
図１８は、実施形態２に係る第１角度及びアングル磁気センサ検出角度と第１多極磁石の磁極との関係を示す説明図である。図１８の横軸に示す入力軸機械角は、入力軸８２ａの機械角（回転角度）を示す。図１８の上段に示す電気角は、第１角度θｉ１を示す。図１８の下段に示す電気角は、アングル磁気センサ３２ａが検出するアングル磁気センサ検出角度θａｎの電気角を示す。なお、図１８は、便宜上第１多極磁石１０の磁極数ｍを８として記載している。図１８を参照して、第１多極磁石１０の磁極数ｍが８である場合に、θａｎ演算部２２４ａが入力軸８２ａの回転数である回転数Ｎを算出する方法の一例について説明する。磁石３０ａは、第２ギヤ２８ａに対する第１ギヤ２６ａのギヤ比が３であることから、入力軸８２ａが３６０度回転した場合に１０８０度回転する。アングル磁気センサ３２ａは、磁石３０ａが３６０度回転した場合に１周期の信号を出力する。したがって、図１８に示すように、アングル磁気センサ検出角度θａｎは、入力軸８２ａの機械角で１２０度の周期を有する。
【0128】
第１角度θｉ１は、第１磁気センサ１５の対向位置にある磁極が１磁極対分変化するごとに１周期の信号を出力する。したがって、図１８に示すように、第１角度θｉ１は、入力軸８２ａの機械角で９０度の周期を有する。以上より、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１角度θｉ１とは、入力軸８２ａの機械角で、３６０度毎に位相（電気角）が一致する。すなわち、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１角度θｉ１とは、入力軸８２ａが１回転する毎に位相が一致する。θａｎ演算部２２４ａは、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１角度θｉ１との位相が一致した場合に、第１多極磁石１０の回転方向に応じて記憶部２４に記憶された回転数Ｎに１を加算、又は減算する。これによれば、センサ演算部２００ａは、入力軸８２ａが１回転を超えて回転した場合でも、θａｎ演算部２２４ａが入力軸８２ａの回転数をカウント（多回転検知）することができる。
【0129】
なお、実施形態２に係るトルクセンサ９４ａは、アングル磁気センサ検出角度θａｎと第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３のうちいずれか１つとのバーニア演算により、第１補正角度θｉｓを多回転の絶対角で算出してもよい。第１補正角度θｉｓを多回転の絶対角で算出するとは、入力軸８２ａ（第１多極磁石１０）の３６０度以下の回転角度、又は入力軸８２ａ（第１多極磁石１０）の３６０度を超える回転角度を絶対角で算出することである。この場合、アングル磁気センサ検出角度θａｎの周期と第１角度θｉ１の周期、第２角度θｉ２の周期、及び第３角度θｉ３の周期とが異なる値となるように、適宜磁極数ｍ及び第１ギヤ２６ａに対する第２ギヤ２８ａのギヤ比を選択すればよい。第１ギヤ２６ａに対する第２ギヤ２８ａのギヤ比は、例えば、２を磁極数ｍで除した値と異なっていればよい。これによれば、アングル磁気センサ検出角度θａｎの周期と第１角度θｉ１の周期、第２角度θｉ２の周期、及び第３角度θｉ３の周期とを異なった値にすることができる。その結果、バーニア演算により、入力軸８２ａの３６０度以下の回転角度、又は入力軸８２ａの３６０度を超える回転角度を絶対角で算出することができる。
【0130】
（実施形態３）
図１９は、実施形態３に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２０は、実施形態３に係るトルクセンサの入力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２１は、実施形態３に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２２は、実施形態３に係るトルクセンサの出力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。実施形態３に係る回転角度センサ１２において、基準回転軸Ａｘ０に対する第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の位置が、上述した実施形態１とは異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１９は、実施形態３に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２０は、実施形態３に係るトルクセンサの入力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２１は、実施形態３に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２２は、実施形態３に係るトルクセンサの出力軸が変位した場合の回転角度センサを模式的に示す平面図である。実施形態３に係る回転角度センサ１２において、基準回転軸Ａｘ０に対する第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の位置が、上述した実施形態１とは異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0131】
図１９に示すように、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、検出基準位置１５Ｐ、検出基準位置１６Ｐ、検出基準位置１７Ｐが直線ＰＬ１上に等間隔に並ぶように、基板１４に配置されている。検出基準位置１５Ｐと、検出基準位置１６Ｐとの間は、距離Ｗ１であり、検出基準位置１６Ｐと、検出基準位置１７Ｐとの間は、距離Ｗ１である。基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置１５Ｐまでの半径は、Ｒ１である。基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置１６Ｐまでの半径は、Ｒ２である。基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置１７Ｐまでの半径は、Ｒ３である。
【0132】
図１９に示す回転角度センサ１２において、検出基準位置１５Ｐと検出基準位置１７Ｐとが基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１６Ｐとを結ぶ線に対して、線対称の位置にある。直線ＰＬ１と、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１６Ｐとを結ぶ線とがなす角は直角である。このため、半径Ｒ１と半径Ｒ３とは大きさが同じであり、半径Ｒ２と半径Ｒ１とは大きさが異なる。
【0133】
図２０に示す回転軸Ａｘ１は、例えば、車両１０１の振動等により、入力軸８２ａの位置が変位した場合の入力軸８２ａの回転軸である。
【0134】
図２０のように、第１変位Ｘｉが生じていても、角度補正部２１０（図５参照）は、記憶部２４に記憶された式（２６）、式（２７）、及び式（２８）の連立方程式を解くことで第１補正角度θｉｓを算出する。ここで、記憶部２４には、第１基準角度θ１、第２基準角度θ２、第３基準角度θ３、半径Ｒ１、半径Ｒ２、及び半径Ｒ３が予め記憶されている。
【0135】
θｉ１＝θ１＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ１－Ｙｉ）／Ｒ１｝＋θｉｓ…（２６）
θｉ２＝θ２＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ２－Ｙｉ）／Ｒ２｝＋θｉｓ…（２７）
θｉ３＝θ３＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ３－Ｙｉ）／Ｒ３｝＋θｉｓ…（２８）
θｉ２＝θ２＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ２－Ｙｉ）／Ｒ２｝＋θｉｓ…（２７）
θｉ３＝θ３＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｉｓｉｎ（θ３－Ｙｉ）／Ｒ３｝＋θｉｓ…（２８）
【0136】
角度補正部２１０は、角度演算部２０２、２０４、及び２０６で算出された第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３を上記式（２６）、式（２７）、及び式（２８）に代入し、式（２６）、式（２７）、及び式（２８）の解を求める。このように、実施形態３の回転角度センサ１２の角度補正部２１０（図５参照）は、角度演算部２０２、２０４、及び２０６で算出された第１角度θｉ１、第２角度θｉ２、及び第３角度θｉ３に基づいて、第１補正角度θｉｓを算出する。
【0137】
図２１に示すように、実施形態３の回転角度センサ１３は、第４磁気センサ１９、第２第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１を備えている。第４磁気センサ１９、第２第５磁気センサ２０、及び第６磁気センサ２１は、検出基準位置１９Ｐ、検出基準位置２０Ｐ、検出基準位置２１Ｐが直線ＰＬ２上に等間隔に並ぶように、基板１８に配置されている。そして、基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置１９Ｐまでの半径は、Ｒ４である。基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置２０Ｐまでの半径は、Ｒ５である。基準回転軸Ａｘ０から検出基準位置２１Ｐまでの半径は、Ｒ６である。
【0138】
図２２のように、第２変位Ｘｏが生じていても、角度補正部２２０（図５）は、記憶部２４に記憶された式（２９）、式（３０）、及び式（３１）の連立方程式を解くことで第２補正角度θｏｓを算出する。ここで、記憶部２４には、第４基準角度θ４、第５基準角度θ５、第６基準角度θ６、半径Ｒ４、半径Ｒ５、及び半径Ｒ６が予め記憶されている。
【0139】
θｏ１＝θ４＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ４－Ｙｏ）／Ｒ４｝＋θｏｓ…（２９）
θｏ２＝θ５＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ５－Ｙｏ）／Ｒ５｝＋θｏｓ…（３０）
θｏ３＝θ６＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ６－Ｙｏ）／Ｒ６｝＋θｏｓ…（３１）
θｏ２＝θ５＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ５－Ｙｏ）／Ｒ５｝＋θｏｓ…（３０）
θｏ３＝θ６＋ａｒｃｔａｎ｛Ｘｏｓｉｎ（θ６－Ｙｏ）／Ｒ６｝＋θｏｓ…（３１）
【0140】
角度補正部２２０は、角度演算部２１２、２１４、及び２１６で算出された第４角度θｏ１、第５角度θｏ２、及び第６角度θｏ３を上記式（２９）、式（３０）、及び式（３１）に代入し、式（２９）、式（３０）、及び式（３１）の解を求める。このように、実施形態３の回転角度センサ１３の角度補正部２２０（図５参照）は、角度演算部２１２、２１４、及び２１６で算出された第４角度θｏ１、第５角度θｉｏ２、及び第６角度θｏ３に基づいて、第２補正角度θｏｓを算出する。
【0141】
以上説明したように、半径Ｒ１が半径Ｒ２と異なるが、実施形態３の回転角度センサ１２は、第１補正角度θｉｓを算出することができる。これにより、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の配置の自由度が向上する。同様に、半径Ｒ４が半径Ｒ５と異なるが、実施形態３の回転角度センサ１３は、第２補正角度θｏｓを算出することができる。これにより、第４磁気センサ１９、第４磁気センサ２０、及び第磁気センサ２１の配置の自由度が向上する。
【0142】
第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、入力軸８２ａの軸方向に直交する平面上において、直線ＰＬ１上に等間隔に並ぶ。これにより、基板１４の形状の自由度が向上する。例えば、実施形態１のように、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、基準回転軸Ａｘ０から等距離である必要はないので、基板１４に曲線状の切り欠きを設ける必要はない。基板１４を矩形とすることで、基板１４の製造効率が向上する。また、基準回転軸Ａｘ０と第２磁気センサ１６の検出基準位置１６Ｐの位置及び直線ＰＬ１と、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１６Ｐとを結ぶ線とがなす角を規定するだけで、第１多極磁石１０に対する、回転角度センサ１２の組付け精度が向上する。
【0143】
図２３は、実施形態３の変形例１に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２３に示すように、直線ＰＬ１と、基準回転軸Ａｘ０と検出基準位置１６Ｐとを結ぶ線とがなす角は直角でなくてもよい。この構造によれば、半径Ｒ１、半径Ｒ２及び半径Ｒ３が、それぞれ異なる大きさであるが、実施形態３の回転角度センサ１２は、第１補正角度θｉｓを算出することができる。実施形態３の回転角度センサ１３も同様の構造をとることができ、第２補正角度θｏｓを算出することができる。
【0144】
図２４は、実施形態３の変形例２に係る回転角度センサを模式的に示す平面図である。図２４に示すように、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７は、入力軸８２ａの軸方向に直交する平面上において、直線ＰＬ１上に並ぶ。そして、検出基準位置１５Ｐと、検出基準位置１６Ｐとの間は、距離Ｗ１であり、検出基準位置１６Ｐと、検出基準位置１７Ｐとの間は、距離Ｗ２である。距離Ｗ２は、距離Ｗ１よりも大きい。このため、第１磁気センサ１５と第２磁気センサ１６との距離は、第２磁気センサ１６と第３磁気センサ１７との距離とは異なる。この構造によれば、半径Ｒ１、半径Ｒ２及び半径Ｒ３が、それぞれ異なる大きさであるが、実施形態３の回転角度センサ１２は、第１補正角度θｉｓを算出することができる。これにより、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、及び第３磁気センサ１７の配置の自由度が向上する。実施形態３の回転角度センサ１３も同様の構造をとることができ、第２補正角度θｏｓを算出することができる。これにより、第４磁気センサ１９、第４磁気センサ２０、及び第磁気センサ２１の配置の自由度が向上する。
【符号の説明】
【0145】
１０ 第１多極磁石
１１ 第２多極磁石
１２ 回転角度センサ
１３ 回転角度センサ
１５ 第１磁気センサ
１５Ｐ、１６Ｐ、１７Ｐ、１９Ｐ、２０Ｐ、２１Ｐ 検出基準位置
１６ 第２磁気センサ
１７ 第３磁気センサ
１９ 第４磁気センサ
２０ 第５磁気センサ
２１ 第６磁気センサ
２４ 記憶部
２５ トルク演算部
２６ａ 第１ギヤ
２８ａ 第２ギヤ
３０ａ 磁石
３２ａ アングル磁気センサ
８０ 電動パワーステアリング装置
８１ ステアリングホイール
８２ ステアリングシャフト
８２ａ 入力軸
８２ｂ 出力軸
８２ｃ トーションバー
９０ ＥＣＵ（モータ制御装置）
９２ 減速装置
９３ モータ
９４、９４ａ トルクセンサ
１００、１００ａ 相対角度検出部
１０１ 車両
２００、２００ａ センサ演算部
２０８、２１８ 異常検出部
２２２ 差分演算部
Ａｘ０ 基準回転軸
Ａｘ１、Ａｘ２ 回転軸
Ｃ１ 第１円
Ｃ２ 第２円
Ｔ 操舵トルク
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ 誤差
ｍ 磁極数
Ｒ 半径
θｉｓ 第１補正角度
θｏｓ 第２補正角度
Δθｉｏ 相対角度
１１ 第２多極磁石
１２ 回転角度センサ
１３ 回転角度センサ
１５ 第１磁気センサ
１５Ｐ、１６Ｐ、１７Ｐ、１９Ｐ、２０Ｐ、２１Ｐ 検出基準位置
１６ 第２磁気センサ
１７ 第３磁気センサ
１９ 第４磁気センサ
２０ 第５磁気センサ
２１ 第６磁気センサ
２４ 記憶部
２５ トルク演算部
２６ａ 第１ギヤ
２８ａ 第２ギヤ
３０ａ 磁石
３２ａ アングル磁気センサ
８０ 電動パワーステアリング装置
８１ ステアリングホイール
８２ ステアリングシャフト
８２ａ 入力軸
８２ｂ 出力軸
８２ｃ トーションバー
９０ ＥＣＵ（モータ制御装置）
９２ 減速装置
９３ モータ
９４、９４ａ トルクセンサ
１００、１００ａ 相対角度検出部
１０１ 車両
２００、２００ａ センサ演算部
２０８、２１８ 異常検出部
２２２ 差分演算部
Ａｘ０ 基準回転軸
Ａｘ１、Ａｘ２ 回転軸
Ｃ１ 第１円
Ｃ２ 第２円
Ｔ 操舵トルク
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ 誤差
ｍ 磁極数
Ｒ 半径
θｉｓ 第１補正角度
θｏｓ 第２補正角度
Δθｉｏ 相対角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】