回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置
【課題】ステアリングシャフトに代表される回転検出シャフトの回転位置を検出することが可能な新規な回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の複合回転位センサ３４によれば、ステアリングシャフト３２が基準位置から何回転したかを回転位置センサ５２で特定し、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度をエンコーダ５１によって特定する。そして、これら２つの回転位置情報に基づいて、現在のステアリングシャフト３２の回転角度を、基準位置からの絶対回転角度として特定することができる。また、ステアリングシャフト３２とベース部５０により閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。
【解決手段】本発明の複合回転位センサ３４によれば、ステアリングシャフト３２が基準位置から何回転したかを回転位置センサ５２で特定し、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度をエンコーダ５１によって特定する。そして、これら２つの回転位置情報に基づいて、現在のステアリングシャフト３２の回転角度を、基準位置からの絶対回転角度として特定することができる。また、ステアリングシャフト３２とベース部５０により閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転検出シャフトの回転位置を検出する回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転位置センサとしては、例えばモーターシャフトの回転位置を検出するエンコーダやレゾルバが広く知られている。
【０００３】
また、車両に備えたステアリングシャフト用の回転位置センサとして、例えば、ステアリングシャフトと共に回転するウォームギヤに渦巻き溝を形成し、回転型のポテンショメータの揺動アームをその渦巻き溝に係合させた構造のものが知られている。この回転位置センサでは、ウォームホイールの回転により揺動アームが揺動回転してポテンショメータの抵抗値が変化する。そして、ポテンショメータの出力電圧に基づいてステアリングシャフトの回転位置を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１４６７６号公報（［００２３］−［００２７］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年、回転位置センサはモーターや車両に限らず様々な機械製品に対して需要が拡大しており、それら機械製品に搭載可能な新規な回転位置センサの開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ステアリングシャフトに代表される回転検出シャフトの回転位置を検出することが可能な新規な回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る回転位置センサ（５２）は、ベース部（５０）に対して回転可能に組み付けられた回転検出シャフト（３２）の回転位置を検出する回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）に一端部が固定されて巻き付けられかつ他端部がベース部（５０）に保持された素線（５４Ａ）によって構成され、回転検出シャフト（３２）の回転位置に応じて素線（５４Ａ）の巻回数が変わるようにした巻数可変コイル（５４）と、回転検出シャフト（３２）の回転軸と同軸上に配置されてベース部（５０）に固定され、巻数可変コイル（５４）との間で電磁誘導可能な固定コイル（５３）とを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の回転位置センサ（５２）において、固定コイル（５３）と巻数可変コイル（５４）との何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁する交流電源（５７）と、他方のコイルに生じた誘起電圧と基準電圧とに基づいて回転検出シャフト（３２）の回転位置を演算するデータ処理部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）は、磁性体で構成されると共に、固定コイル（５３）の内側に遊嵌されたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、ベース部（５０）は、磁性体で構成されると共に、回転検出シャフト（３２）の両端部が貫通した１対の磁路構成対向壁（５０Ａ，５０Ａ）と磁路構成対向壁（５０Ａ，５０Ａ）間を接合する磁路構成側壁（５０Ｃ）とを有するところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）をフラットケーブルとし、そのフラットケーブルを回転検出シャフト（３２）に渦巻き状に巻回したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）を、回転検出シャフト（３２）に螺旋状に巻回したところに特徴を有する。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の他端部とベース部（５０）との間に設けられて、バネ（５８Ａ）の弾発力によって巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）を巻き取り可能なケーブルリール（５６）を備えたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）は、車両（１０）に備えたステアリングホイール（３３）に連結されるステアリングシャフト（３２）であるところに特徴を有する。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項８に記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）は、ステアリングシャフト（３２）に導通接続されたところに特徴を有する。
【００１５】
請求項１０の発明に係る複合回転位置センサ（３４）は、請求項１乃至９に記載の回転位置センサ（５２）と、回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を検出可能なエンコーダ（５１）と、回転位置センサ（５２）とエンコーダ（５１）との両検出結果を受け、回転位置センサ（５２）によって回転検出シャフト（３２）が基準位置から何回転したかを特定すると共に、エンコーダ（５１）によって回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を特定して、回転検出シャフト（３２）の基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【００１６】
請求項１１の発明に係る複合回転位置センサ（３４）は、請求項１乃至９に記載の回転位置センサ（５２）と、回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を検出可能なレゾルバ（６０）と、回転位置センサ（５２）とレゾルバ（６０）との両検出結果を受け、回転位置センサ（５２）によって回転検出シャフト（３２）が基準位置から何回転したかを特定すると共に、レゾルバ（６０）によって回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を特定して、回転検出シャフト（３２）の基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【００１７】
請求項１２の発明に係る電動パワーステアリング装置（１１）は、請求項１０又は１１に記載の複合回転位置センサ（３４）を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１８】
［請求項１及び２の発明］
請求項１の構成によれば、回転検出シャフトが回転すると素線が巻き取られ、回転検出シャフトの回転位置に応じて、巻数可変コイルの巻回数が変化する。そして、固定コイルと巻数可変コイルの何れか一方のコイルに通電することで他方のコイルに生じる誘起電圧は、巻数可変コイルの巻回数に応じて変化するので、この誘起電圧の検出結果に基づいて回転検出シャフトの回転位置を特定することができる。具体的には、請求項２の発明のように、固定コイルと巻数可変コイルとの何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁し、このとき他方のコイルに生じた誘起電圧と基準電圧とに基づいて回転検出シャフトの回転位置を演算すればよい。
【００１９】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、固定コイルと巻数可変コイルの何れか一方のコイルに通電することで発生した磁束は、回転検出シャフトを通るから磁束の漏れを抑えることができる。そして、回転検出シャフトを通る磁束が固定コイルと巻数可変コイルとを貫通して、他方のコイルに誘起電圧が生じる。
【００２０】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、回転検出シャフトとベース部とにより、固定コイル及び巻数可変コイルを貫通しかつ閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。
【００２１】
［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、回転検出シャフトが素線を巻き取る方向と逆向き回転した場合に、巻回されている素線をスムーズに送り出すことができる。
【００２２】
［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、回転検出シャフトが素線を巻き取る方向と逆向き回転した場合に、巻回されている素線をスムーズに送り出すことができる。
【００２３】
［請求項７の発明］
請求項７の発明によれば、回転検出シャフトから送り出された素線はケーブルリールに巻き取られるので素線をコンパクトに纏めることができ、素線の絡まりも防止できる。
【００２４】
［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、車両に備えたステアリングシャフトの回転位置を検出することができる。
【００２５】
［請求項９の発明］
請求項９の発明によれば、ステアリングシャフトをアースにして巻数可変コイルに通電することができる。
【００２６】
［請求項１０の発明］
請求項１０の複合回転位置センサによれば、回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを回転位置センサで特定し、回転検出シャフトの１回転における回転位置をエンコーダによって特定する。そして、これら回転位置情報に基づいて、現在の回転検出シャフトの回転位置を、基準位置からの絶対回転位置（基準位置から何回転しかつ１回転における回転位置がどの位置か）として特定することができる。
【００２７】
［請求項１１の発明］
請求項１１の複合回転位置センサによれば、回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを回転位置センサで特定し、回転検出シャフトの１回転における回転位置をレゾルバによって特定する。そして、これら回転位置情報に基づいて、現在の回転検出シャフトの回転位置を、基準位置からの絶対回転位置（基準位置から何回転しかつ１回転における回転位置がどの位置か）として特定することができる。
【００２８】
［請求項１２の発明］
請求項１２の電動パワーステアリング装置によれば、多回転位置検出がアナログで連続に変化するため操舵フィーリングが従来よりも向上する。また、本発明では、回転位置検出の分解能を向上するために、エンコーダ又はレゾルバに回転位置センサを組み合わせていたが、回転位置センサに換えて、従前の回転位置検出装置を組み合わせた場合よりも、電動パワーステアリング装置をコンパクト化及び低コスト化することができる。なお、コンパクト化により車内空間を広くすることができ、衝突安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１には、本発明の複合回転位置センサ３４を搭載した車両１０の概念図が示されている。同図における符号１１は、電動パワーステアリング装置であって、筒形ハウジング１８の内部に直動シャフト１６を貫通して備えている。筒形ハウジング１８は、車両１０の本体に固定され、その軸方向の中間部分にアシストモータ１９が内蔵されている。このアシストモータ１９は、筒形ハウジング１８の内側にステータ２０を嵌合固定して備えると共に、そのステータ２０の内側に筒形のロータ２１を備えている。直動シャフト１６は、そのロータ２１内を貫通しかつ筒形ハウジング１８から両端部が露出し、それら両端部がタイロッド１７，１７を介して転舵輪２６，２６に連結されている。また、筒形ハウジング１８の一端寄り位置には、ロータ２１の回転位置を検出するための位置センサ２５（例えば、エンコーダやレゾルバ）が設けられている。
【００３０】
ロータ２１の内面には、ボールネジナット２２が組み付けられている。また、直動シャフト１６の軸方向の中間部分はボールネジシャフト２３になっている。そして、これらボールネジナット２２とボールネジシャフト２３とからボールネジ機構２４が構成され、ロータ２１と共にボールネジナット２２が回転すると、筒形ハウジング１８に対してボールネジシャフト２３が直動し、これにより転舵輪２６，２６が転舵する。なお、転舵輪２６の近傍には、転舵輪２６の回転に基づいて車速を検出するための車速センサ３６が設けられている。
【００３１】
直動シャフト１６の一端寄り部分にはラック３０が形成され、ステアリングシャフト３２の下端部に備えたピニオン３１がこのラック３０に噛合している。また、ステアリングシャフト３２の上端部には、運転者が回転操作するステアリング３３が連結され、ステアリングシャフト３２のうち上端寄り位置には、ステアリングシャフト３２にかかる負荷トルクを検出するトルクセンサ３５と、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの絶対回転角度（本発明の「絶対回転位置」に相当する）を検出する複合回転位置センサ３４が取り付けられている。ここでステアリングシャフト３２は、例えば、鉄含有材料で構成されており、強磁性体である。
【００３２】
図１において、符号４０はＥＣＵ（ＥＣＵは、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ」の略である）であって、位置センサ２５、複合回転位置センサ３４、トルクセンサ３５、車速センサ３６等の検出信号を取り込んでいる。そして、それら検出信号に応じてモータ駆動回路４２に指令を出し、モータ駆動回路４２が、バッテリー４４から昇圧回路４５を介して供給された直流電圧を交流電圧に変換してアシストモータ１９に付与する。
【００３３】
さて、複合回転位置センサ３４は以下の構成となっている。図２に示すように、複合回転位置センサ３４は、ステアリングシャフト３２が貫通したベース部５０の内部に、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度を検出するエンコーダ５１（詳細には、光学式のアブソリュートエンコーダ）と、予め設定された基準位置からのステアリングシャフト３２の回転数を検出する回転位置センサ５２とを備えている。
【００３４】
ベース部５０は強磁性体（具体的には鉄含有材料であって、例えばフェライト）で構成され、例えば、両端有底の扁平な円筒構造をなしている（図１を参照）。即ち、ベース部５０は、ステアリングシャフト３２の軸方向で対向した円板形の対向壁５０Ａ，５０Ａ（本発明の「磁路構成対向壁」に相当する）の全周を円筒形の筒壁５０Ｃ（本発明の「磁路構成側壁」に相当する）で接合した構造をなしている。そして、対向壁５０Ａ，５０Ａの中心部には、それぞれシャフト挿通孔５０Ｂ，５０Ｂが貫通形成され、ここにステアリングシャフト３２が遊嵌状態で貫通している。
【００３５】
エンコーダ５１は、ステアリングシャフト３２に嵌合固定された円盤状のコードホイール５１Ａを備え、そのコードホイール５１Ａを挟んで発光素子５１Ｂ（例えば、ＬＥＤ）と受光素子５１Ｃ（例えば、フォトトランジスタ）とが対向配置されている。そして、受光素子５１Ｃから出力された受光信号を、複合回転位置センサ３４に備えたマイコン５９が取り込んで、コードホイール５１Ａの回転角度、即ち、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度を演算する。
【００３６】
回転位置センサ５２は、エンコーダ５１の下方に配置されている。回転位置センサ５２は、ステアリングシャフト３２の周囲に巻回された固定コイル５３と巻数可変コイル５４とを主要部として備える。固定コイル５３はベース部５０の内部に固定されており、ステアリングシャフト３２の外周面から離した状態で、所定の巻数で巻回されている。固定コイル５３には、アンプ５５Ａ及びＡ／Ｄコンバータ５５Ｂからなる電圧検出器５５が接続されている。電圧検出器５５による電圧の検出結果は、複合回転位置センサ３４に備えたマイコン５９に取り込まれ、マイコン５９はその検出結果に基づいてステアリングシャフト３２の回転数を演算する。なお、マイコン５９は、本発明の「データ処理部」に相当する。
【００３７】
巻数可変コイル５４は、ステアリングシャフト３２のうち、固定コイル５３が巻回された位置よりも下側部分に巻回されている。巻数可変コイル５４は、例えば、断面円形の素線５４Ａ（具体的には、銅線）をステアリングシャフト３２の外周面に巻きつけた構造をなし、素線５４Ａの一端末がステアリングシャフト３２の外周面に固定されている。詳細には、ステアリングシャフト３２の外周面と素線５４Ａの一端末とにはそれぞれ接続端子が設けられており、これら接続端子同士が結合することで、素線５４Ａとステアリングシャフト３２とが機械的に結合されると共に電気的に導通接続されている。ここで巻数可変コイル５４の巻数は、例えば、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の一方の回転エンド（ステアリング３３の回転限界位置）で最大となり、他方の回転エンドで最小となるように巻回されている。具体的には、図４に示すように、ステアリングシャフト３２は、車両１０を直進させる際のステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の位置（以下、「中立位置」という）から相反する方向（左回り及び右回り）に、例えば、２回転ずつ回転可能となっており、中立位置（図４の（ｃ））における巻数可変コイル５４の巻数は、例えば「２」となっている。そして、ステアリングシャフト３２が中立位置から右回り（図４における時計回り）に２回転したときに巻数可変コイル５４の巻数は最小、即ち「０」となり（図４の（ｅ））、中立位置から左回り（図４における反時計回り方向）に２回転したときに巻数は最大、即ち「４」となる（図４の（ａ））ように巻回されている。ここで巻数可変コイル５４の素線５４Ａは、図４に示すように螺旋状に巻回されている。
【００３８】
図２に示すように、素線５４Ａの他端末はケーブルリール５６に連結されている。ケーブルリール５６は、例えば、巻芯の上下両端部にフランジを備えた構造をなし、巻芯がベース部５０の下側の対向壁５０Ａから起立した回転軸５８に固定されている。ケーブルリール５６は、回転軸５８の基端部に備えたバネ５８Ａ（例えば、ねじりコイルバネ、ぜんまいバネ等）の弾発力により一方向に回転付勢されており、ステアリング３３が右回りに回転操作されることでステアリングシャフト３２の外周面から送り出された素線５４Ａを巻き取るように構成されている（図３を参照）。なお、ケーブルリール５６とステアリングシャフト３２との間には、例えば、ケーブルリール５６の回転に連動して上下動し、ケーブルリール５６から送り出された素線５４Ａをステアリングシャフト３２に螺旋状に巻回させるケーブルガイドを設けてもよい。
【００３９】
巻数可変コイル５４の素線５４Ａの他端末には、交流電源５７が接続されている。具体的には、素線５４Ａの他端末にはインバータ回路４６を介してバッテリー４４が接続されており、バッテリー４４の直流電圧をインバータ回路４６が予め設定された基準電圧の交流電圧に変換して巻数可変コイル５４に印加している。ここで巻数可変コイル５４に流れる電流は、素線５４Ａの一端末に導通接続されたステアリングシャフト３２及び、車両１０に備えた金属部品（具体的には、電動パワーステアリング装置１１やボディ）を経由して最終的にバッテリー４４に戻される。
【００４０】
以上が、本実施形態の構成の説明であって次に動作を説明する。運転者がステアリング３３を中立位置から一方向に回転操作すると、ステアリングシャフト３２が同方向に一体回転して巻数可変コイル５４の巻数が増減する。
【００４１】
例えば、車両１０を左に旋回させるためにステアリング３３が中立位置から左回り（図４における反時計回り）に回転操作されると、ケーブルリール５６から素線５４Ａが引き出され、ステアリングシャフト３２に巻き付けられる。そして、ステアリング３３が左回りに１回転又は２回転すると、ステアリングシャフト３２における巻数可変コイル５４の巻数が中立位置における「２」から「３」又は「４」に増加する（図４の（ａ），（ｂ）の状態）。
【００４２】
また、例えば、車両１０を右に旋回させるためにステアリング３３が中立位置から右回り（図４における時計回り）に回転操作されると、素線５４Ａがステアリングシャフト３２の外周面から送り出されると共に、送り出された素線５４Ａがケーブルリール５６に巻き取られる。そして、ステアリング３３が右回りに１回転又は２回転すると、巻数可変コイル５４の巻数が中立位置における「２」から「１」又は「０」に減少する（図４の（ｄ），（ｅ）の状態）。
【００４３】
さて、ステアリングシャフト３２の基準位置（本実施形態では、例えば、中立位置から右回りに２回転した位置。即ち、図４の（ｅ）の状態）からの絶対回転角度は、エンコーダ５１によって検出されたステアリングシャフト３２の１回転における回転角度と、回転位置センサ５２によって検出されたステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数とに基づいて演算される。
【００４４】
より詳細には、エンコーダ５１においてコードホイール５１Ａの回転位置に応じた受光信号が受光素子５１Ｃから出力され、マイコン５９がその受光信号に基づいてステアリングシャフト３２の１回転における（換言すれば、３６０度未満の）回転角度を特定する。
【００４５】
また、回転位置センサ５２は以下のようにして基準位置からの回転数を検出する。即ち、巻数可変コイル５４に交流電圧が印加されると、ステアリングシャフト３２に巻数可変コイル５４の巻数に応じた磁束が発生する。磁束はステアリングシャフト３２の軸方向に延びて巻数可変コイル５４及び固定コイル５３の中心部を貫き、ベース部５０を構成する壁部（対向壁５０Ａ，５０Ａ及び筒壁５０Ｃ）を通ってステアリングシャフト３２に帰還する。そして、磁束が固定コイル５３を貫くことで、図５のグラフに示すように、巻数可変コイル５４の巻数に応じた誘起電圧が固定コイル５３に発生する。この誘起電圧が電圧検出器５５によって検出され、その検出結果がマイコン５９に取り込まれる。マイコン５９は、固定コイル５３に発生した誘起電圧の検出結果、巻数可変コイル５４に印加された交流電圧及び、固定コイル５３の巻数に基づいて、ステアリングシャフト３２に巻回されている巻数可変コイル５４の巻数を演算し、その巻数からステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの回転数を特定する。即ち、例えば、巻数可変コイル５４の巻数の演算結果が「３」であった場合には、ステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数が「３」（換言すれば、中立位置から左回りに１回転した位置）であることが特定される。
【００４６】
さらにマイコン５９は、エンコーダ５１により検出されたステアリングシャフト３２の１回転における回転角度と、回転位置センサ５２により検出されたステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数とを合わせて、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの絶対回転角度を演算する。即ち、現在のステアリングシャフト３２の回転位置が、基準位置から何回転しかつ１回転における回転角度が何度であるかが特定される。
【００４７】
具体的には、エンコーダ５１により検出された１回転における回転角度をθ（＜３６０度）とし、回転位置センサ５２により検出された回転数をｎとした場合に、ステアリングシャフト３２の基準位置からの絶対回転角度Ｐは、下記演算式により特定される。
Ｐ＝θ＋３６０・ｎ
【００４８】
ここで、マイコン５９はエンコーダ５１と回転位置センサ５２の両検出結果を受けてステアリングシャフト３２の絶対回転位置を演算しているので、本発明の「複合演算部」に相当する。
【００４９】
このように本実施形態によれば、ステアリングシャフト３２が基準位置から何回転したかを回転位置センサ５２で特定し、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度をエンコーダ５１によって特定する。そして、これら２つの回転位置情報に基づいて、現在のステアリングシャフト３２の回転角度を、基準位置からの絶対回転角度として特定することができる。また、ステアリングシャフト３２とベース部５０により閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。さらに、ステアリングシャフト３２から送り出された素線５４Ａは、ケーブルリール５６に巻き取られるので、素線５４Ａをコンパクトに纏めておくことができる。しかも、巻数可変コイル５４の素線５４Ａが螺旋状に巻回されているので、素線５４Ａをステアリングシャフト３２からスムーズに送り出すことができ、ケーブルリール５６による巻き取りをスムーズに行える。
【００５０】
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置１１によれば、多回転位置検出がアナログで連続に変化するため操舵フィーリングが従来よりも向上する。また、回転位置検出の分解能を向上するために、エンコーダ５１に回転位置センサ５２を組み合わせていたが、回転位置センサ５２に換えて、従前の回転位置検出装置（エンコーダやレゾルバ）を組み合わせた場合よりも、電動パワーステアリング装置１１をコンパクト化及び低コスト化することができる。なお、コンパクト化により車内空間を広くすることができ、衝突安全性を向上することができる。
【００５１】
［第２実施形態］
本実施形態は、図６に示されており、エンコーダ５１の代わりにレゾルバ６０を備えた点が上記第１実施形態と異なる。レゾルバ６０は、ステアリングシャフト３２の外面に固定されたレゾルバロータ６１と、ベース部５０の内面に固定されたレゾルバステータ６２とからなる。レゾルバステータ６２は、例えば、円環状をなし、その内面から突出した複数のティース６２Ａにそれぞれ銅線が巻回されてコイル６３が形成されている。
【００５２】
一方、レゾルバロータ６１は、ステアリングシャフト３２のうちレゾルバステータ６２と対向した位置に嵌合固定されている。レゾルバロータ６１は磁性体で構成され、外周面が、例えば、波形状になっている。これにより、レゾルバロータ６１がステアリングシャフト３２と共に回転すると、レゾルバステータ６２に生じる磁気特性が変化する。そして、レゾルバステータ６２に接続されたマイコン５９が、前記磁気特性の変化に基づいてレゾルバロータ６１の回転位置、即ち、ステアリングシャフト３２の１回転における回転位置を演算する。その他の構成は、上記第１実施形態と同じである。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同等の効果を奏する。
【００５３】
ここで、レゾルバ６０を用いる場合には、レゾルバ６０と回転位置センサ５２との間に磁気シールド構造を設けたり、レゾルバ６０をケース部５０の外側に設けてもよい。磁気シールド構造は、例えば、強磁性体の円板リング部材をベース部５０の内部に固定した構造とすればよい。このようにすれば、回転位置センサ５２の各コイル５３，５４からの漏れ磁束の影響を抑えることができる。
【００５４】
［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５５】
（１）上記実施形態では、巻数可変コイル５４の素線５４Ａが、ステアリングシャフト３２に対して螺旋状に巻回されていたが、図７（ａ）に示すように、巻数可変コイル５４の素線５４Ａをフラットケーブルとして、そのフラットケーブルをステアリングシャフト３２に渦巻き状に巻回させてもよい。このような構成にしても、素線５４Ａをステアリングシャフト３２からスムーズに送り出すことができ、ケーブルリール５６による巻き取りをスムーズに行える。なお、巻数可変コイル５４は、必ずしも渦巻き状や螺旋状に巻回されていなくてもよく、例えば、図７（ｂ）に示すように、素線５４Ａが途中で交差していてもよい。
【００５６】
（２）固定コイル５３に交流電源５７を接続する一方、巻数可変コイル５４に電圧検出器５５及びマイコン５９を接続しておき、固定コイル５３に交流電圧を印加することで巻数可変コイル５４に生じた誘起電圧を検出し、その誘起電圧と交流電圧とに基づいてステアリングシャフト３２の基準位置からの回転位置（回転数）を特定するようにしてもよい。
【００５７】
（３）ベース部５０の構造は、上記実施形態のような両端有底の円筒構造に限定されない。例えば、１対の対向壁５０Ａ，５０Ａを、周方向に互いに間隔を開けて配置された複数の直立壁によって接合した構造としてもよい。
【００５８】
（４）上記実施形態では、巻数可変コイル５４と固定コイル５３をステアリングシャフト３２の軸方向にずらして配置していたが、固定コイル５３を巻数可変コイル５４の径方向外側に配置してもよい。
【００５９】
（５）上記実施形態では、巻数可変コイル５４とステアリングシャフト３２とを導通接続し、巻数可変コイル５４に流れた電流が車両１０の金属部品を経由してバッテリー４４に戻るように構成されていたが、巻数可変コイル５４とバッテリー４４の負極とを電線で直結してもよい。なお、巻数可変コイル５４をステアリングシャフト３２に導通接続した方がマイナス配線を簡素化できる。
【００６０】
（６）固定コイル５３には必ずしもステアリングシャフト３２が貫通していなくてもよい。
【００６１】
（７）上記実施形態では、巻数可変コイル５４の巻数が最小で「０」となる構成であったが、巻数が最小でも「１」以上となるように巻回してもよい。
【００６２】
（８）エンコーダ５１は、アブソリュートエンコーダであることが好ましいが、インクリメンタルエンコーダでもよい。また、光学式に限らず磁気式のエンコーダでもよい。なお、磁気式のエンコーダを用いる場合には、エンコーダをベース部５０の外側に設けたり、エンコーダと回転位置センサ５２との間に磁気シールド構造（例えば、第２実施形態に記載の円板リング部材）を設けてもよい。このようにすれば、回転位置センサ５２に備えた各コイル５３，５４からの漏れ磁束の影響を防ぐことができる。
【００６３】
（９）ステアリングシャフト３２の回転数だけが必要な場合には、回転位置センサ５２だけを備えていればよく、エンコーダ５１やレゾルバ６０を備えていない構成でもよい。
【００６４】
（１０）回転位置センサ５２及び複合回転位置センサ３４は、車両１０のステアリングシャフト３２以外に、ロボットや産業用機械に備えた回転検出シャフトの絶対回転位置の検出に用いてもよい。
【００６５】
（１１）回転位置センサ５２及び複合回転位置センサ３４を、ステアバイワイヤシステムにおけるステアリングシャフト３２の回転位置を検出するために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の概念図
【図２】複合回転位置センサの概念図
【図３】巻数可変コイルが巻回された状態のステアリングシャフトの断面図
【図４】巻数可変コイルの巻数変化を示す概念図
【図５】巻数可変コイルの巻数と固定コイルに生じる誘起電圧との関係を示すグラフ
【図６】第２実施形態に係る複合位置センサの概念図
【図７】他の実施形態（１）に係る巻数可変コイルの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図
【符号の説明】
【００６７】
３２ ステアリングシャフト（回転検出シャフト）
３４ 複合回転位置センサ
５０ ベース部
５０Ａ 対向壁
５０Ａ，５０Ａ 対向壁（磁路構成対向壁）
５０Ｃ 筒壁（磁路構成側壁）
５１ エンコーダ
５２ 回転位置センサ
５３ 固定コイル
５４ 巻数可変コイル
５４Ａ 素線
５６ ケーブルリール
５７ 交流電源
５８Ａ バネ
５９ マイコン（データ処理部、複合演算部）
６０ レゾルバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転検出シャフトの回転位置を検出する回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転位置センサとしては、例えばモーターシャフトの回転位置を検出するエンコーダやレゾルバが広く知られている。
【０００３】
また、車両に備えたステアリングシャフト用の回転位置センサとして、例えば、ステアリングシャフトと共に回転するウォームギヤに渦巻き溝を形成し、回転型のポテンショメータの揺動アームをその渦巻き溝に係合させた構造のものが知られている。この回転位置センサでは、ウォームホイールの回転により揺動アームが揺動回転してポテンショメータの抵抗値が変化する。そして、ポテンショメータの出力電圧に基づいてステアリングシャフトの回転位置を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１４６７６号公報（［００２３］−［００２７］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年、回転位置センサはモーターや車両に限らず様々な機械製品に対して需要が拡大しており、それら機械製品に搭載可能な新規な回転位置センサの開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ステアリングシャフトに代表される回転検出シャフトの回転位置を検出することが可能な新規な回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る回転位置センサ（５２）は、ベース部（５０）に対して回転可能に組み付けられた回転検出シャフト（３２）の回転位置を検出する回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）に一端部が固定されて巻き付けられかつ他端部がベース部（５０）に保持された素線（５４Ａ）によって構成され、回転検出シャフト（３２）の回転位置に応じて素線（５４Ａ）の巻回数が変わるようにした巻数可変コイル（５４）と、回転検出シャフト（３２）の回転軸と同軸上に配置されてベース部（５０）に固定され、巻数可変コイル（５４）との間で電磁誘導可能な固定コイル（５３）とを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の回転位置センサ（５２）において、固定コイル（５３）と巻数可変コイル（５４）との何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁する交流電源（５７）と、他方のコイルに生じた誘起電圧と基準電圧とに基づいて回転検出シャフト（３２）の回転位置を演算するデータ処理部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）は、磁性体で構成されると共に、固定コイル（５３）の内側に遊嵌されたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、ベース部（５０）は、磁性体で構成されると共に、回転検出シャフト（３２）の両端部が貫通した１対の磁路構成対向壁（５０Ａ，５０Ａ）と磁路構成対向壁（５０Ａ，５０Ａ）間を接合する磁路構成側壁（５０Ｃ）とを有するところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）をフラットケーブルとし、そのフラットケーブルを回転検出シャフト（３２）に渦巻き状に巻回したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）を、回転検出シャフト（３２）に螺旋状に巻回したところに特徴を有する。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）の他端部とベース部（５０）との間に設けられて、バネ（５８Ａ）の弾発力によって巻数可変コイル（５４）の素線（５４Ａ）を巻き取り可能なケーブルリール（５６）を備えたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の回転位置センサ（５２）において、回転検出シャフト（３２）は、車両（１０）に備えたステアリングホイール（３３）に連結されるステアリングシャフト（３２）であるところに特徴を有する。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項８に記載の回転位置センサ（５２）において、巻数可変コイル（５４）は、ステアリングシャフト（３２）に導通接続されたところに特徴を有する。
【００１５】
請求項１０の発明に係る複合回転位置センサ（３４）は、請求項１乃至９に記載の回転位置センサ（５２）と、回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を検出可能なエンコーダ（５１）と、回転位置センサ（５２）とエンコーダ（５１）との両検出結果を受け、回転位置センサ（５２）によって回転検出シャフト（３２）が基準位置から何回転したかを特定すると共に、エンコーダ（５１）によって回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を特定して、回転検出シャフト（３２）の基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【００１６】
請求項１１の発明に係る複合回転位置センサ（３４）は、請求項１乃至９に記載の回転位置センサ（５２）と、回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を検出可能なレゾルバ（６０）と、回転位置センサ（５２）とレゾルバ（６０）との両検出結果を受け、回転位置センサ（５２）によって回転検出シャフト（３２）が基準位置から何回転したかを特定すると共に、レゾルバ（６０）によって回転検出シャフト（３２）の１回転における回転位置を特定して、回転検出シャフト（３２）の基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部（５９）とを備えたところに特徴を有する。
【００１７】
請求項１２の発明に係る電動パワーステアリング装置（１１）は、請求項１０又は１１に記載の複合回転位置センサ（３４）を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１８】
［請求項１及び２の発明］
請求項１の構成によれば、回転検出シャフトが回転すると素線が巻き取られ、回転検出シャフトの回転位置に応じて、巻数可変コイルの巻回数が変化する。そして、固定コイルと巻数可変コイルの何れか一方のコイルに通電することで他方のコイルに生じる誘起電圧は、巻数可変コイルの巻回数に応じて変化するので、この誘起電圧の検出結果に基づいて回転検出シャフトの回転位置を特定することができる。具体的には、請求項２の発明のように、固定コイルと巻数可変コイルとの何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁し、このとき他方のコイルに生じた誘起電圧と基準電圧とに基づいて回転検出シャフトの回転位置を演算すればよい。
【００１９】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、固定コイルと巻数可変コイルの何れか一方のコイルに通電することで発生した磁束は、回転検出シャフトを通るから磁束の漏れを抑えることができる。そして、回転検出シャフトを通る磁束が固定コイルと巻数可変コイルとを貫通して、他方のコイルに誘起電圧が生じる。
【００２０】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、回転検出シャフトとベース部とにより、固定コイル及び巻数可変コイルを貫通しかつ閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。
【００２１】
［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、回転検出シャフトが素線を巻き取る方向と逆向き回転した場合に、巻回されている素線をスムーズに送り出すことができる。
【００２２】
［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、回転検出シャフトが素線を巻き取る方向と逆向き回転した場合に、巻回されている素線をスムーズに送り出すことができる。
【００２３】
［請求項７の発明］
請求項７の発明によれば、回転検出シャフトから送り出された素線はケーブルリールに巻き取られるので素線をコンパクトに纏めることができ、素線の絡まりも防止できる。
【００２４】
［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、車両に備えたステアリングシャフトの回転位置を検出することができる。
【００２５】
［請求項９の発明］
請求項９の発明によれば、ステアリングシャフトをアースにして巻数可変コイルに通電することができる。
【００２６】
［請求項１０の発明］
請求項１０の複合回転位置センサによれば、回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを回転位置センサで特定し、回転検出シャフトの１回転における回転位置をエンコーダによって特定する。そして、これら回転位置情報に基づいて、現在の回転検出シャフトの回転位置を、基準位置からの絶対回転位置（基準位置から何回転しかつ１回転における回転位置がどの位置か）として特定することができる。
【００２７】
［請求項１１の発明］
請求項１１の複合回転位置センサによれば、回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを回転位置センサで特定し、回転検出シャフトの１回転における回転位置をレゾルバによって特定する。そして、これら回転位置情報に基づいて、現在の回転検出シャフトの回転位置を、基準位置からの絶対回転位置（基準位置から何回転しかつ１回転における回転位置がどの位置か）として特定することができる。
【００２８】
［請求項１２の発明］
請求項１２の電動パワーステアリング装置によれば、多回転位置検出がアナログで連続に変化するため操舵フィーリングが従来よりも向上する。また、本発明では、回転位置検出の分解能を向上するために、エンコーダ又はレゾルバに回転位置センサを組み合わせていたが、回転位置センサに換えて、従前の回転位置検出装置を組み合わせた場合よりも、電動パワーステアリング装置をコンパクト化及び低コスト化することができる。なお、コンパクト化により車内空間を広くすることができ、衝突安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１には、本発明の複合回転位置センサ３４を搭載した車両１０の概念図が示されている。同図における符号１１は、電動パワーステアリング装置であって、筒形ハウジング１８の内部に直動シャフト１６を貫通して備えている。筒形ハウジング１８は、車両１０の本体に固定され、その軸方向の中間部分にアシストモータ１９が内蔵されている。このアシストモータ１９は、筒形ハウジング１８の内側にステータ２０を嵌合固定して備えると共に、そのステータ２０の内側に筒形のロータ２１を備えている。直動シャフト１６は、そのロータ２１内を貫通しかつ筒形ハウジング１８から両端部が露出し、それら両端部がタイロッド１７，１７を介して転舵輪２６，２６に連結されている。また、筒形ハウジング１８の一端寄り位置には、ロータ２１の回転位置を検出するための位置センサ２５（例えば、エンコーダやレゾルバ）が設けられている。
【００３０】
ロータ２１の内面には、ボールネジナット２２が組み付けられている。また、直動シャフト１６の軸方向の中間部分はボールネジシャフト２３になっている。そして、これらボールネジナット２２とボールネジシャフト２３とからボールネジ機構２４が構成され、ロータ２１と共にボールネジナット２２が回転すると、筒形ハウジング１８に対してボールネジシャフト２３が直動し、これにより転舵輪２６，２６が転舵する。なお、転舵輪２６の近傍には、転舵輪２６の回転に基づいて車速を検出するための車速センサ３６が設けられている。
【００３１】
直動シャフト１６の一端寄り部分にはラック３０が形成され、ステアリングシャフト３２の下端部に備えたピニオン３１がこのラック３０に噛合している。また、ステアリングシャフト３２の上端部には、運転者が回転操作するステアリング３３が連結され、ステアリングシャフト３２のうち上端寄り位置には、ステアリングシャフト３２にかかる負荷トルクを検出するトルクセンサ３５と、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの絶対回転角度（本発明の「絶対回転位置」に相当する）を検出する複合回転位置センサ３４が取り付けられている。ここでステアリングシャフト３２は、例えば、鉄含有材料で構成されており、強磁性体である。
【００３２】
図１において、符号４０はＥＣＵ（ＥＣＵは、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ」の略である）であって、位置センサ２５、複合回転位置センサ３４、トルクセンサ３５、車速センサ３６等の検出信号を取り込んでいる。そして、それら検出信号に応じてモータ駆動回路４２に指令を出し、モータ駆動回路４２が、バッテリー４４から昇圧回路４５を介して供給された直流電圧を交流電圧に変換してアシストモータ１９に付与する。
【００３３】
さて、複合回転位置センサ３４は以下の構成となっている。図２に示すように、複合回転位置センサ３４は、ステアリングシャフト３２が貫通したベース部５０の内部に、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度を検出するエンコーダ５１（詳細には、光学式のアブソリュートエンコーダ）と、予め設定された基準位置からのステアリングシャフト３２の回転数を検出する回転位置センサ５２とを備えている。
【００３４】
ベース部５０は強磁性体（具体的には鉄含有材料であって、例えばフェライト）で構成され、例えば、両端有底の扁平な円筒構造をなしている（図１を参照）。即ち、ベース部５０は、ステアリングシャフト３２の軸方向で対向した円板形の対向壁５０Ａ，５０Ａ（本発明の「磁路構成対向壁」に相当する）の全周を円筒形の筒壁５０Ｃ（本発明の「磁路構成側壁」に相当する）で接合した構造をなしている。そして、対向壁５０Ａ，５０Ａの中心部には、それぞれシャフト挿通孔５０Ｂ，５０Ｂが貫通形成され、ここにステアリングシャフト３２が遊嵌状態で貫通している。
【００３５】
エンコーダ５１は、ステアリングシャフト３２に嵌合固定された円盤状のコードホイール５１Ａを備え、そのコードホイール５１Ａを挟んで発光素子５１Ｂ（例えば、ＬＥＤ）と受光素子５１Ｃ（例えば、フォトトランジスタ）とが対向配置されている。そして、受光素子５１Ｃから出力された受光信号を、複合回転位置センサ３４に備えたマイコン５９が取り込んで、コードホイール５１Ａの回転角度、即ち、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度を演算する。
【００３６】
回転位置センサ５２は、エンコーダ５１の下方に配置されている。回転位置センサ５２は、ステアリングシャフト３２の周囲に巻回された固定コイル５３と巻数可変コイル５４とを主要部として備える。固定コイル５３はベース部５０の内部に固定されており、ステアリングシャフト３２の外周面から離した状態で、所定の巻数で巻回されている。固定コイル５３には、アンプ５５Ａ及びＡ／Ｄコンバータ５５Ｂからなる電圧検出器５５が接続されている。電圧検出器５５による電圧の検出結果は、複合回転位置センサ３４に備えたマイコン５９に取り込まれ、マイコン５９はその検出結果に基づいてステアリングシャフト３２の回転数を演算する。なお、マイコン５９は、本発明の「データ処理部」に相当する。
【００３７】
巻数可変コイル５４は、ステアリングシャフト３２のうち、固定コイル５３が巻回された位置よりも下側部分に巻回されている。巻数可変コイル５４は、例えば、断面円形の素線５４Ａ（具体的には、銅線）をステアリングシャフト３２の外周面に巻きつけた構造をなし、素線５４Ａの一端末がステアリングシャフト３２の外周面に固定されている。詳細には、ステアリングシャフト３２の外周面と素線５４Ａの一端末とにはそれぞれ接続端子が設けられており、これら接続端子同士が結合することで、素線５４Ａとステアリングシャフト３２とが機械的に結合されると共に電気的に導通接続されている。ここで巻数可変コイル５４の巻数は、例えば、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の一方の回転エンド（ステアリング３３の回転限界位置）で最大となり、他方の回転エンドで最小となるように巻回されている。具体的には、図４に示すように、ステアリングシャフト３２は、車両１０を直進させる際のステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の位置（以下、「中立位置」という）から相反する方向（左回り及び右回り）に、例えば、２回転ずつ回転可能となっており、中立位置（図４の（ｃ））における巻数可変コイル５４の巻数は、例えば「２」となっている。そして、ステアリングシャフト３２が中立位置から右回り（図４における時計回り）に２回転したときに巻数可変コイル５４の巻数は最小、即ち「０」となり（図４の（ｅ））、中立位置から左回り（図４における反時計回り方向）に２回転したときに巻数は最大、即ち「４」となる（図４の（ａ））ように巻回されている。ここで巻数可変コイル５４の素線５４Ａは、図４に示すように螺旋状に巻回されている。
【００３８】
図２に示すように、素線５４Ａの他端末はケーブルリール５６に連結されている。ケーブルリール５６は、例えば、巻芯の上下両端部にフランジを備えた構造をなし、巻芯がベース部５０の下側の対向壁５０Ａから起立した回転軸５８に固定されている。ケーブルリール５６は、回転軸５８の基端部に備えたバネ５８Ａ（例えば、ねじりコイルバネ、ぜんまいバネ等）の弾発力により一方向に回転付勢されており、ステアリング３３が右回りに回転操作されることでステアリングシャフト３２の外周面から送り出された素線５４Ａを巻き取るように構成されている（図３を参照）。なお、ケーブルリール５６とステアリングシャフト３２との間には、例えば、ケーブルリール５６の回転に連動して上下動し、ケーブルリール５６から送り出された素線５４Ａをステアリングシャフト３２に螺旋状に巻回させるケーブルガイドを設けてもよい。
【００３９】
巻数可変コイル５４の素線５４Ａの他端末には、交流電源５７が接続されている。具体的には、素線５４Ａの他端末にはインバータ回路４６を介してバッテリー４４が接続されており、バッテリー４４の直流電圧をインバータ回路４６が予め設定された基準電圧の交流電圧に変換して巻数可変コイル５４に印加している。ここで巻数可変コイル５４に流れる電流は、素線５４Ａの一端末に導通接続されたステアリングシャフト３２及び、車両１０に備えた金属部品（具体的には、電動パワーステアリング装置１１やボディ）を経由して最終的にバッテリー４４に戻される。
【００４０】
以上が、本実施形態の構成の説明であって次に動作を説明する。運転者がステアリング３３を中立位置から一方向に回転操作すると、ステアリングシャフト３２が同方向に一体回転して巻数可変コイル５４の巻数が増減する。
【００４１】
例えば、車両１０を左に旋回させるためにステアリング３３が中立位置から左回り（図４における反時計回り）に回転操作されると、ケーブルリール５６から素線５４Ａが引き出され、ステアリングシャフト３２に巻き付けられる。そして、ステアリング３３が左回りに１回転又は２回転すると、ステアリングシャフト３２における巻数可変コイル５４の巻数が中立位置における「２」から「３」又は「４」に増加する（図４の（ａ），（ｂ）の状態）。
【００４２】
また、例えば、車両１０を右に旋回させるためにステアリング３３が中立位置から右回り（図４における時計回り）に回転操作されると、素線５４Ａがステアリングシャフト３２の外周面から送り出されると共に、送り出された素線５４Ａがケーブルリール５６に巻き取られる。そして、ステアリング３３が右回りに１回転又は２回転すると、巻数可変コイル５４の巻数が中立位置における「２」から「１」又は「０」に減少する（図４の（ｄ），（ｅ）の状態）。
【００４３】
さて、ステアリングシャフト３２の基準位置（本実施形態では、例えば、中立位置から右回りに２回転した位置。即ち、図４の（ｅ）の状態）からの絶対回転角度は、エンコーダ５１によって検出されたステアリングシャフト３２の１回転における回転角度と、回転位置センサ５２によって検出されたステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数とに基づいて演算される。
【００４４】
より詳細には、エンコーダ５１においてコードホイール５１Ａの回転位置に応じた受光信号が受光素子５１Ｃから出力され、マイコン５９がその受光信号に基づいてステアリングシャフト３２の１回転における（換言すれば、３６０度未満の）回転角度を特定する。
【００４５】
また、回転位置センサ５２は以下のようにして基準位置からの回転数を検出する。即ち、巻数可変コイル５４に交流電圧が印加されると、ステアリングシャフト３２に巻数可変コイル５４の巻数に応じた磁束が発生する。磁束はステアリングシャフト３２の軸方向に延びて巻数可変コイル５４及び固定コイル５３の中心部を貫き、ベース部５０を構成する壁部（対向壁５０Ａ，５０Ａ及び筒壁５０Ｃ）を通ってステアリングシャフト３２に帰還する。そして、磁束が固定コイル５３を貫くことで、図５のグラフに示すように、巻数可変コイル５４の巻数に応じた誘起電圧が固定コイル５３に発生する。この誘起電圧が電圧検出器５５によって検出され、その検出結果がマイコン５９に取り込まれる。マイコン５９は、固定コイル５３に発生した誘起電圧の検出結果、巻数可変コイル５４に印加された交流電圧及び、固定コイル５３の巻数に基づいて、ステアリングシャフト３２に巻回されている巻数可変コイル５４の巻数を演算し、その巻数からステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの回転数を特定する。即ち、例えば、巻数可変コイル５４の巻数の演算結果が「３」であった場合には、ステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数が「３」（換言すれば、中立位置から左回りに１回転した位置）であることが特定される。
【００４６】
さらにマイコン５９は、エンコーダ５１により検出されたステアリングシャフト３２の１回転における回転角度と、回転位置センサ５２により検出されたステアリングシャフト３２の基準位置からの回転数とを合わせて、ステアリングシャフト３２（ステアリング３３）の基準位置からの絶対回転角度を演算する。即ち、現在のステアリングシャフト３２の回転位置が、基準位置から何回転しかつ１回転における回転角度が何度であるかが特定される。
【００４７】
具体的には、エンコーダ５１により検出された１回転における回転角度をθ（＜３６０度）とし、回転位置センサ５２により検出された回転数をｎとした場合に、ステアリングシャフト３２の基準位置からの絶対回転角度Ｐは、下記演算式により特定される。
Ｐ＝θ＋３６０・ｎ
【００４８】
ここで、マイコン５９はエンコーダ５１と回転位置センサ５２の両検出結果を受けてステアリングシャフト３２の絶対回転位置を演算しているので、本発明の「複合演算部」に相当する。
【００４９】
このように本実施形態によれば、ステアリングシャフト３２が基準位置から何回転したかを回転位置センサ５２で特定し、ステアリングシャフト３２の１回転における回転角度をエンコーダ５１によって特定する。そして、これら２つの回転位置情報に基づいて、現在のステアリングシャフト３２の回転角度を、基準位置からの絶対回転角度として特定することができる。また、ステアリングシャフト３２とベース部５０により閉じた磁気回路が形成されるので、電磁誘導の効率が向上し、消費電力が抑えられる。さらに、ステアリングシャフト３２から送り出された素線５４Ａは、ケーブルリール５６に巻き取られるので、素線５４Ａをコンパクトに纏めておくことができる。しかも、巻数可変コイル５４の素線５４Ａが螺旋状に巻回されているので、素線５４Ａをステアリングシャフト３２からスムーズに送り出すことができ、ケーブルリール５６による巻き取りをスムーズに行える。
【００５０】
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置１１によれば、多回転位置検出がアナログで連続に変化するため操舵フィーリングが従来よりも向上する。また、回転位置検出の分解能を向上するために、エンコーダ５１に回転位置センサ５２を組み合わせていたが、回転位置センサ５２に換えて、従前の回転位置検出装置（エンコーダやレゾルバ）を組み合わせた場合よりも、電動パワーステアリング装置１１をコンパクト化及び低コスト化することができる。なお、コンパクト化により車内空間を広くすることができ、衝突安全性を向上することができる。
【００５１】
［第２実施形態］
本実施形態は、図６に示されており、エンコーダ５１の代わりにレゾルバ６０を備えた点が上記第１実施形態と異なる。レゾルバ６０は、ステアリングシャフト３２の外面に固定されたレゾルバロータ６１と、ベース部５０の内面に固定されたレゾルバステータ６２とからなる。レゾルバステータ６２は、例えば、円環状をなし、その内面から突出した複数のティース６２Ａにそれぞれ銅線が巻回されてコイル６３が形成されている。
【００５２】
一方、レゾルバロータ６１は、ステアリングシャフト３２のうちレゾルバステータ６２と対向した位置に嵌合固定されている。レゾルバロータ６１は磁性体で構成され、外周面が、例えば、波形状になっている。これにより、レゾルバロータ６１がステアリングシャフト３２と共に回転すると、レゾルバステータ６２に生じる磁気特性が変化する。そして、レゾルバステータ６２に接続されたマイコン５９が、前記磁気特性の変化に基づいてレゾルバロータ６１の回転位置、即ち、ステアリングシャフト３２の１回転における回転位置を演算する。その他の構成は、上記第１実施形態と同じである。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同等の効果を奏する。
【００５３】
ここで、レゾルバ６０を用いる場合には、レゾルバ６０と回転位置センサ５２との間に磁気シールド構造を設けたり、レゾルバ６０をケース部５０の外側に設けてもよい。磁気シールド構造は、例えば、強磁性体の円板リング部材をベース部５０の内部に固定した構造とすればよい。このようにすれば、回転位置センサ５２の各コイル５３，５４からの漏れ磁束の影響を抑えることができる。
【００５４】
［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５５】
（１）上記実施形態では、巻数可変コイル５４の素線５４Ａが、ステアリングシャフト３２に対して螺旋状に巻回されていたが、図７（ａ）に示すように、巻数可変コイル５４の素線５４Ａをフラットケーブルとして、そのフラットケーブルをステアリングシャフト３２に渦巻き状に巻回させてもよい。このような構成にしても、素線５４Ａをステアリングシャフト３２からスムーズに送り出すことができ、ケーブルリール５６による巻き取りをスムーズに行える。なお、巻数可変コイル５４は、必ずしも渦巻き状や螺旋状に巻回されていなくてもよく、例えば、図７（ｂ）に示すように、素線５４Ａが途中で交差していてもよい。
【００５６】
（２）固定コイル５３に交流電源５７を接続する一方、巻数可変コイル５４に電圧検出器５５及びマイコン５９を接続しておき、固定コイル５３に交流電圧を印加することで巻数可変コイル５４に生じた誘起電圧を検出し、その誘起電圧と交流電圧とに基づいてステアリングシャフト３２の基準位置からの回転位置（回転数）を特定するようにしてもよい。
【００５７】
（３）ベース部５０の構造は、上記実施形態のような両端有底の円筒構造に限定されない。例えば、１対の対向壁５０Ａ，５０Ａを、周方向に互いに間隔を開けて配置された複数の直立壁によって接合した構造としてもよい。
【００５８】
（４）上記実施形態では、巻数可変コイル５４と固定コイル５３をステアリングシャフト３２の軸方向にずらして配置していたが、固定コイル５３を巻数可変コイル５４の径方向外側に配置してもよい。
【００５９】
（５）上記実施形態では、巻数可変コイル５４とステアリングシャフト３２とを導通接続し、巻数可変コイル５４に流れた電流が車両１０の金属部品を経由してバッテリー４４に戻るように構成されていたが、巻数可変コイル５４とバッテリー４４の負極とを電線で直結してもよい。なお、巻数可変コイル５４をステアリングシャフト３２に導通接続した方がマイナス配線を簡素化できる。
【００６０】
（６）固定コイル５３には必ずしもステアリングシャフト３２が貫通していなくてもよい。
【００６１】
（７）上記実施形態では、巻数可変コイル５４の巻数が最小で「０」となる構成であったが、巻数が最小でも「１」以上となるように巻回してもよい。
【００６２】
（８）エンコーダ５１は、アブソリュートエンコーダであることが好ましいが、インクリメンタルエンコーダでもよい。また、光学式に限らず磁気式のエンコーダでもよい。なお、磁気式のエンコーダを用いる場合には、エンコーダをベース部５０の外側に設けたり、エンコーダと回転位置センサ５２との間に磁気シールド構造（例えば、第２実施形態に記載の円板リング部材）を設けてもよい。このようにすれば、回転位置センサ５２に備えた各コイル５３，５４からの漏れ磁束の影響を防ぐことができる。
【００６３】
（９）ステアリングシャフト３２の回転数だけが必要な場合には、回転位置センサ５２だけを備えていればよく、エンコーダ５１やレゾルバ６０を備えていない構成でもよい。
【００６４】
（１０）回転位置センサ５２及び複合回転位置センサ３４は、車両１０のステアリングシャフト３２以外に、ロボットや産業用機械に備えた回転検出シャフトの絶対回転位置の検出に用いてもよい。
【００６５】
（１１）回転位置センサ５２及び複合回転位置センサ３４を、ステアバイワイヤシステムにおけるステアリングシャフト３２の回転位置を検出するために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の概念図
【図２】複合回転位置センサの概念図
【図３】巻数可変コイルが巻回された状態のステアリングシャフトの断面図
【図４】巻数可変コイルの巻数変化を示す概念図
【図５】巻数可変コイルの巻数と固定コイルに生じる誘起電圧との関係を示すグラフ
【図６】第２実施形態に係る複合位置センサの概念図
【図７】他の実施形態（１）に係る巻数可変コイルの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図
【符号の説明】
【００６７】
３２ ステアリングシャフト（回転検出シャフト）
３４ 複合回転位置センサ
５０ ベース部
５０Ａ 対向壁
５０Ａ，５０Ａ 対向壁（磁路構成対向壁）
５０Ｃ 筒壁（磁路構成側壁）
５１ エンコーダ
５２ 回転位置センサ
５３ 固定コイル
５４ 巻数可変コイル
５４Ａ 素線
５６ ケーブルリール
５７ 交流電源
５８Ａ バネ
５９ マイコン（データ処理部、複合演算部）
６０ レゾルバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部に対して回転可能に組み付けられた回転検出シャフトの回転位置を検出する回転位置センサにおいて、
前記回転検出シャフトに一端部が固定されて巻き付けられかつ他端部が前記ベース部に保持された素線によって構成され、前記回転検出シャフトの回転位置に応じて前記素線の巻回数が変わるようにした巻数可変コイルと、
前記回転検出シャフトの回転軸と同軸上に配置されて前記ベース部に固定され、前記巻数可変コイルとの間で電磁誘導可能な固定コイルとを備えたことを特徴とする回転位置センサ。
【請求項２】
前記固定コイルと前記巻数可変コイルとの何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁する交流電源と、
他方のコイルに生じた誘起電圧と前記基準電圧とに基づいて前記回転検出シャフトの回転位置を演算するデータ処理部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転位置センサ。
【請求項３】
前記回転検出シャフトは、磁性体で構成されると共に、前記固定コイルの内側に遊嵌されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転位置センサ。
【請求項４】
前記ベース部は、磁性体で構成されると共に、前記回転検出シャフトの両端部が貫通した１対の磁路構成対向壁と前記磁路構成対向壁間を接合する磁路構成側壁とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項５】
前記巻数可変コイルの素線をフラットケーブルとし、そのフラットケーブルを前記回転検出シャフトに渦巻き状に巻回したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項６】
前記巻数可変コイルの素線を、前記回転検出シャフトに螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項７】
前記巻数可変コイルの他端部と前記ベース部との間に設けられて、バネの弾発力によって前記巻数可変コイルの素線を巻き取り可能なケーブルリールを備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項８】
前記回転検出シャフトは、車両に備えたステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトであることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項９】
前記巻数可変コイルは、前記ステアリングシャフトに導通接続されたことを特徴とする請求項８に記載の回転位置センサ。
【請求項１０】
前記請求項１乃至９に記載の回転位置センサと、
前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を検出可能なエンコーダと、
前記回転位置センサと前記エンコーダとの両検出結果を受け、前記回転位置センサによって前記回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを特定すると共に、前記エンコーダによって前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を特定して、前記回転検出シャフトの前記基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部とを備えたことを特徴とする複合回転位置センサ。
【請求項１１】
前記請求項１乃至９に記載の回転位置センサと、
前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を検出可能なレゾルバと、
前記回転位置センサと前記レゾルバとの両検出結果を受け、前記回転位置センサによって前記回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを特定すると共に、前記レゾルバによって前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を特定して、前記回転検出シャフトの前記基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部とを備えたことを特徴とする複合回転位置センサ。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の複合回転位置センサを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
ベース部に対して回転可能に組み付けられた回転検出シャフトの回転位置を検出する回転位置センサにおいて、
前記回転検出シャフトに一端部が固定されて巻き付けられかつ他端部が前記ベース部に保持された素線によって構成され、前記回転検出シャフトの回転位置に応じて前記素線の巻回数が変わるようにした巻数可変コイルと、
前記回転検出シャフトの回転軸と同軸上に配置されて前記ベース部に固定され、前記巻数可変コイルとの間で電磁誘導可能な固定コイルとを備えたことを特徴とする回転位置センサ。
【請求項２】
前記固定コイルと前記巻数可変コイルとの何れか一方のコイルに予め設定された基準電圧で通電して励磁する交流電源と、
他方のコイルに生じた誘起電圧と前記基準電圧とに基づいて前記回転検出シャフトの回転位置を演算するデータ処理部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転位置センサ。
【請求項３】
前記回転検出シャフトは、磁性体で構成されると共に、前記固定コイルの内側に遊嵌されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転位置センサ。
【請求項４】
前記ベース部は、磁性体で構成されると共に、前記回転検出シャフトの両端部が貫通した１対の磁路構成対向壁と前記磁路構成対向壁間を接合する磁路構成側壁とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項５】
前記巻数可変コイルの素線をフラットケーブルとし、そのフラットケーブルを前記回転検出シャフトに渦巻き状に巻回したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項６】
前記巻数可変コイルの素線を、前記回転検出シャフトに螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項７】
前記巻数可変コイルの他端部と前記ベース部との間に設けられて、バネの弾発力によって前記巻数可変コイルの素線を巻き取り可能なケーブルリールを備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項８】
前記回転検出シャフトは、車両に備えたステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトであることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の回転位置センサ。
【請求項９】
前記巻数可変コイルは、前記ステアリングシャフトに導通接続されたことを特徴とする請求項８に記載の回転位置センサ。
【請求項１０】
前記請求項１乃至９に記載の回転位置センサと、
前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を検出可能なエンコーダと、
前記回転位置センサと前記エンコーダとの両検出結果を受け、前記回転位置センサによって前記回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを特定すると共に、前記エンコーダによって前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を特定して、前記回転検出シャフトの前記基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部とを備えたことを特徴とする複合回転位置センサ。
【請求項１１】
前記請求項１乃至９に記載の回転位置センサと、
前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を検出可能なレゾルバと、
前記回転位置センサと前記レゾルバとの両検出結果を受け、前記回転位置センサによって前記回転検出シャフトが基準位置から何回転したかを特定すると共に、前記レゾルバによって前記回転検出シャフトの１回転における回転位置を特定して、前記回転検出シャフトの前記基準位置からの絶対回転位置を演算する複合演算部とを備えたことを特徴とする複合回転位置センサ。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の複合回転位置センサを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２４８１７２（Ｐ２００７−２４８１７２Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７０１７３（Ｐ２００６−７０１７３）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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