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JP2005098738A - 回転位置検出装置 - Google Patents

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Eiji Fujita
英治 藤田
Hiroyuki Tateyama
博之 立山
Toru Murata
徹 村田
Kazuo Nagahama
一男 長浜
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Abstract

【課題】 モータ本体とドライブユニットとの配線を簡略に行うことができる回転位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 回転位置検出装置は、大別してモータ本体1と、ドライブユニット10とから構成されている。モータ部12はモータ6、レゾルバ3〜5を備えている。レゾルバ制御回路8は、RDコンバータ17、第一CPU18、第一CAN回路20を備えている。第一CPU18はEEPROM19から読み出した補正データ及び各レゾルバ3〜5の回転角データを第一CAN回路20に出力する。第一CAN回路20は、ドライブユニット10側に配設された第二CAN回路22と2本の信号線にて接続されており、該信号線を介して互いに種々の信号を授受可能である。
【選択図】 図2

Description

本発明は、モータなどの出力軸の絶対回転角を検出する回転位置検出装置に関するものである。
従来、回転位置検出装置は、大別してモータ本体41とドライブユニット42とから構成されている。図4に示すように、モータ本体41側には、1回転検出レゾルバ43、多極検出レゾルバ44,45及び各レゾルバ43〜45を回転させるモータ46が組み込まれている。
また、モータ本体41側には該モータ本体41側の機器に固有の誤差を補正するためのデータが記憶されたEEPROM47(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)が組み込まれている。従って、モータ本体41は該モータ本体41内に組み込まれたEEPROM47によって自己のデータを補正することができ、ドライブユニット42との間で互換性を備えている(例えば、特許文献1参照)。
一方、ドライブユニット42側にはCPU48(Central Processing Unit)、ドライブ回路49、切換スイッチ50、レゾルバ/デジタルコンバータ51、発振器52などが配設されている。
このように形成された回転位置検出装置は、モータ本体41側とドライブユニット42側とが複数の導線で接続されており、互いに種々の信号を授受している。
具体的には、モータ本体41側に配設された1回転検出レゾルバ43及び多極検出レゾルバ44,45はそれぞれ発振器52及び反転回路53に接続されており、発振器52から発振される基準信号VSTDと反転回路53にて該信号を反転させた反転基準信号VINVとが入力されている。また、1回転検出レゾルバ43及び多極検出レゾルバ44,45は、それぞれ位相の異なる信号が取り出される2点が増幅回路54を介して切換スイッチ50に接続されており、モータ46の回転角の検出信号を増幅した後該信号を切換スイッチ50に出力している。
また、モータ本体41側に配設されたEEPROM47はラインドライバ/レシーバ55を介してドライブユニット42側のCPU48に接続されている。ラインドライバ/レシーバ55は読み出し専用ライン、書き込み専用ライン及び同期用ラインから構成されており、CPU48との間で各種信号の授受を行っている。この他にもEEPROM47はドライブユニット42と接続されることで、電源電位及びグランド電位が供給されている。
また、モータ本体41側に配設されたモータ46はドライブ回路49と接続されており、該ドライブ回路からの励磁信号に基づいて駆動を行う。
特開平11−64039号公報(第4図)
ところが、特許文献1に記載の回転位置検出装置においては上述したように多数の導線でモータ本体41側とドライブユニット42側とを接続しなくてはならず、配線が多数必要となり電線或いは配線時間の増加によるコストアップを引き起こしていた。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ本体とドライブユニットとの配線を簡略に行うことができる回転位置検出装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、レゾルバを回転させるアクチュエータを有するアクチュエータ部と、前記レゾルバから出力される回転位置検出信号を変換して回転角データを生成するRDコンバータ、前記アクチュエータ部が有する固有の誤差を補正するための補正データを記憶するメモリ、前記回転角データと前記補正データとを用いて演算により前記アクチュエータの絶対回転角を求める第一演算手段及び該第一演算手段の演算結果を通信する第一通信回路を有するレゾルバ制御回路とを備えるアクチュエータ本体と、前記第一通信回路と信号を授受可能な第二通信回路、前記第二通信回路にて受信した信号に基づいて演算を行い前記アクチュエータの駆動信号を生成する第二演算手段及び前記駆動信号に基づいて前記アクチュエータを駆動するドライブ回路を有するドライブユニットとを備えた。
この構成によれば、アクチュエータ本体側の第一通信回路とドライブユニット側の第二通信回路間を接続するだけでアクチュエータの絶対回転角を制御可能となる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第一演算手段は前記アクチュエータの駆動前に前記回転角データを検出することで前記レゾルバの異常を検出可能な異常検出機能を備えている。
この構成によれば、第一演算手段はアクチュエータの駆動前に回転角データに基づいて各レゾルバ或いはRDコンバータの異常を検出することができ、回転位置検出装置の誤作動が防止される。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記補正データは、前記アクチュエータのサイズに関するデータ及びアクチュエータに通電する際の位相に関するデータである。
この構成によれば、アクチュエータを交換した際にもメモリに記憶された該アクチュエータのサイズに関するデータ及びアクチュエータに通電する際の位相に関するデータに基づいてアクチュエータの動作が正しく制御される。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、前記アクチュエータ本体は全体がハウジングにて被覆されており、前記アクチュエータ部と前記レゾルバ制御回路とが前記ハウジングにて一体に形成されている。
この構成によれば、アクチュエータ本体の取り扱いが容易に行われる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、前記アクチュエータ部はハウジングに、前記レゾルバ制御回路はレゾルバ制御ボックスにそれぞれ別体で収容され、前記ハウジング及び前記レゾルバ制御ボックスはケーブルにて互いに電気的に接続されている。
この構成によれば、アクチュエータ本体がそれぞれ別体であるハウジングとレゾルバ制御ボックスとに分割されているため、それぞれの大きさが小さく抑えられる。従って、分割された収容スペース等にも配設することができ、配設位置の自由度が向上する。
本発明によれば、モータ本体とドライブユニットとの配線を簡略に行うことができる回転位置検出装置を提供することができる。
(第一の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第一の実施の形態を図1及び図2に従って説明する。
図1(a)及び図1(b)に示すように、アクチュエータ本体としてのモータ本体1は外縁がハウジング2にて覆われており、図2に示すように、1回転検出レゾルバ3、第一多極(18極)レゾルバ4、第二多極(132極)レゾルバ5及び各レゾルバ3〜5を回転させるアクチュエータとしてのモータ6を内部に収容している。尚、以降は説明の便宜上、1回転検出レゾルバ3を「×1レゾルバ3」と表記し、第一多極レゾルバ4を「×18レゾルバ4」と表記し、第二多極レゾルバ5を「×132レゾルバ5」と表記する。
ハウジング2の側面には、コネクタボックス7(図1(a)及び図1(b)参照)が突設されており、該コネクタボックス7にはレゾルバ制御回路8(図2参照)が収容されている。コネクタボックス7は、ケーブル9の挿抜口7aを備えており、該挿抜口7aに後述するドライブユニット10(図2参照)から延出されたケーブル9を挿入することで該ドライブユニット10と電気的に接続可能とされている。
図2に示すように、回転位置検出装置は、大別してモータ本体1と、ドライブユニット10とから構成されている。モータ本体1とドライブユニット10とは互いに電気的に接続されており、モータ本体1はドライブユニット10から制御電源及びグランド電位が供給されている。回転位置検出装置は、ドライブユニット10から送信される制御信号に基づいてモータ本体1に収容されたモータ6の絶対回転角を制御している。
モータ本体1はアクチュエータ部としてのモータ部12及びレゾルバ制御回路8にて構成されている。モータ部12はモータ6、×1レゾルバ3、×18レゾルバ4及び×132レゾルバ5とから構成されている。レゾルバ制御回路8は発振器13、反転回路14、増幅回路15、切換スイッチ16、レゾルバ/デジタルコンバータ17(以下、RDコンバータ17とする)、第一演算手段としての第一CPU18、メモリとしてのEEPROM19、第一通信回路としての第一CAN(Controller Area Network)回路20にて構成されている。
発振器13は、絶対回転角を検出するための正弦波信号からなる基準信号VSTDを各レゾルバ3〜5に出力する。反転回路14は発振器13から基準信号VSTDを入力して反転した基準信号(以下、反転基準信号という)VINVを各レゾルバ3〜5に出力する。本実施の形態では、基準信号VSTD及び反転基準信号VINVにて、交流信号が構成されている。
各レゾルバ3〜5はそれぞれ8つの励磁コイルL1〜L8を備えており、該励磁コイルL1〜L8にてモータ6の出力軸の回転位置を検出するための信号を生成している。ここで×1レゾルバ3について詳述すると、励磁コイルL1〜L4が直列に接続されており、励磁コイルL5〜L8が同じく直列に接続されている。そして、このように接続された励磁コイルL1〜L4と励磁コイルL5〜L8が互いに並列に接続されている。
励磁コイルL2と励磁コイルL3との間に位置するノードN1は増幅回路15を介して切換スイッチ16に接続されており、励磁コイルL6と励磁コイルL7との間に位置するノードN2は増幅回路15を介して切換スイッチ16に接続されている。上記基準信号VSTD及び反転基準信号VINVが×1レゾルバ3に入力されると、×1レゾルバ3のノードN1からは回転位置検出信号Va1が出力されるとともに、ノードN2からは回転位置検出信号Va1と位相が90°ずれた回転位置検出信号Va2が出力される。
同様に基準信号VSTD及び反転基準信号VINVが×18レゾルバ4に入力されると、×18レゾルバ4からは、モータ6の出力軸の18分の1回転に対応して1周期となる、互いに位相が90°ずれた一対の回転位置検出信号Vb1,Vb2が出力される。また、基準信号VSTD及び反転基準信号VINVが×132レゾルバ5に入力されると、×132レゾルバ5からは、モータ6の出力軸の132分の1回転に対応して1周期となる、互いに位相が90°ずれた一対の回転位置検出信号Vc1,Vc2が出力される。
切換スイッチ16は、×1レゾルバ3からの各回転位置検出信号Va1,Va2、×18レゾルバ4からの各回転位置検出信号Vb1,Vb2、×132レゾルバ5からの各回転位置検出信号Vc1,Vc2の何れかが選択的にRDコンバータ17に出力されるように切り換えを行う。
RDコンバータ17は、各レゾルバ3〜5から入力された1周期の各回転位置検出信号を、例えば12ビットのデジタル回転角データに変換して第一CPU18に出力する。即ち、RDコンバータ17は、×1レゾルバ3から出力された回転位置検出信号Va1,Va2が入力された場合には、該回転位置検出信号Va1,Va2に基づき、モータ6の出力軸の1回転に対応して0から4095(12ビットの場合)まで変化するデジタルの回転角データを生成する。また、RDコンバータ17は、×18レゾルバ4から出力された回転位置検出信号Vb1,Vb2が入力された場合には、該回転位置検出信号Vb1,Vb2に基づき、モータ6の出力軸の18分の1回転に対応して0から4095まで変化するデジタルの回転角データを生成する。同様に、RDコンバータ17は、×132レゾルバ5から出力された回転位置検出信号Vc1,Vc2が入力された場合には、該回転位置検出信号Vc1,Vc2に基づき、モータ6の出力軸の132分の1回転に対応して0から4095まで変化するデジタルの回転角データを生成する。
第一CPU18は異常検出機能を備えている。異常検出機能は各レゾルバ3〜5の各回転角データを監視しており、レゾルバ制御回路8への電源供給後、モータ6が駆動される前の段階でそれぞれの回転角データが変化をするか否かを検出している。第一CPU18はモータ6を駆動していないにも拘わらず、回転角データが変化した際には該回転角データが異常である旨を示す異常検出信号を生成する。
第一CPU18は通常時においては、各レゾルバ3〜5の各回転角データに基づき、モータ6の出力軸の1回転における絶対回転角を算出するように設定され、第一CPU18内で回転角データの異常を検出した際にはドライブユニット10にモータ6の駆動を中止する旨の信号を出力するように設定されている。
EEPROM19にはモータ本体1側に固有の誤差を補正するためのデータ、モータ6の機番(サイズ)に関するデータ及びモータ6に通電する際の位相に関するデータ等が予め記憶されている。ここでモータ本体1側の機器に固有の誤差とは、例えば各レゾルバ3〜5を構成する励磁コイルの巻回ばらつきに起因して生じる固有の誤差等を指す。また、モータ6の機番に関するデータとは具体的には、モータ6に付されたシリアル番号であり、モータ6に通電する際の位相に関するデータとは具体的には、0°以上360°未満の電気角を決めるためのオフセット量である。第一CPU18は、固有の誤差を補正するためのデータに基づいて補正演算を行うことにより、最終的にモータ6の出力軸の位置の補正を行う。
EEPROM19は第一CPU18と互いに電気的に接続されている。第一CPU18はEEPROM19との間で該EEPROM19に記憶されている各種補正データの授受を行っている。そして、第一CPU18は該補正データ及び前述した各レゾルバの各回転角データ或いは異常検出信号を第一CAN回路20に出力する。
第一CAN回路20は第一CPU18と各種信号が授受可能となるように互いに電気的に接続されている。
次に、ドライブユニット10について説明する。
ドライブユニット10は、第二通信回路としての第二CAN回路22、第二演算手段としての第二CPU23、メモリ24及びドライブ回路25にて構成されている。
第二CAN回路22は2本の信号線にてモータ本体1側に配設された第一CAN回路20と接続されており、該第一CAN回路20との間で種々の信号を授受可能である。尚、CAN回路を用いた信号の伝達は公知なものであり、その詳細な説明は省略する。第二CAN回路22は第二CPU23と接続されている。
第二CPU23はメモリ24及びドライブ回路25と接続されている。メモリ24にはデータ補正の際の演算処理手順に関する制御プログラムが格納されており、第二CPU23は該制御プログラムに基づいてドライブ回路25に出力する信号を生成している。
第二CPU23はドライブ回路25を介してモータ本体1側のモータ6に接続されている。ドライブ回路25は、第二CPU23からの指令に基づいて、モータ6を回転制御するための駆動電流を同モータ6に出力する。
次に、上記のように構成された回転位置検出装置の作用について説明する。
モータ本体1にレゾルバ制御回路8を収容することで、モータ本体1側で該モータ本体1の機器に固有の誤差を補正するための演算を完結することができる。従って、モータ本体1とドライブユニット10との間で伝達される信号量の増加を抑制することができ、第一CAN回路20及び第二CAN回路22間を連結する2本の信号線のみでモータ本体1とドライブユニット10間の信号の伝達を全て達成することができる。
以上記述したように、第一の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)モータ本体1側に固有の誤差を補正するためのデータ、モータ6の機番に関するデータ及びモータ6に通電する際の位相に関するデータ等が記憶されたEEPROM19はモータ本体1に収容されている。そのため、モータ本体1は該モータ本体1内に収容されたEEPROM19によって自己のデータを補正することができ、ドライブユニット10との間で互換性を備えている。従って、モータ本体1或いはドライブユニット10のどちらか一方が故障をした時に、該故障部品のみを交換することで回転位置検出装置の修理を行うことができる。
(2)モータ本体1とドライブユニット10とは、第一CAN回路20及び第二CAN回路22間を連結する2本の信号線のみで互いの信号を授受可能である。従って、モータ本体1とドライブユニット10との配線を簡略に行うことができる。
(3)第一CPU18は異常検出機能を備えており、各レゾルバ3〜5、或いはRDコンバータ17が異常であると判断した時にはモータ6の駆動を停止する。従って、回転位置検出装置の誤作動を防止することができる。
(第二の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第二の実施の形態を図1〜図3に従って説明する。
尚、第二の実施の形態における回転位置検出装置は、第一の実施の形態のモータ本体1を変更したものである。従って、第一の実施の形態と同じ態様の箇所はその詳細な説明を省略する。
図3に示すように、第二の実施の形態におけるモータ本体31は、内部にモータ部12(第一の実施の形態の図1(a)及び図2参照)を収容したハウジング32とレゾルバ制御回路8(第一の実施の形態の図1(a)及び図2参照)を収容したレゾルバ制御ボックス33とを備えている。モータ部12は第一の実施の形態と同様、モータ6、×1レゾルバ3、×18レゾルバ4及び×132レゾルバ5を備えており、レゾルバ制御回路8は発振器13、反転回路14、増幅回路15、切換スイッチ16、RDコンバータ17、第一CPU18、EEPROM19、第一CAN回路20を備えている。
ハウジング32は略円柱形状に形成されており、該ハウジング32の端面からは第一ケーブル34及び第二ケーブル35が延出されている。
第一ケーブル34はレゾルバ制御ボックス33に接続されており、モータ部12に収容された各レゾルバ3〜5とレゾルバ制御ボックス33に収容されたレゾルバ制御回路8とを互いに電気的に接続している。レゾルバ制御ボックス33の端部にはコネクタ端子33aが形成されている。該コネクタ端子33aはドライブユニット10(図2参照)に接続されており、レゾルバ制御ボックス33とドライブユニット10とを電気的に接続している。具体的には、レゾルバ制御ボックス33内に収容されたレゾルバ制御回路8は、図2に示す第一の実施の形態と同様、ドライブユニット10から制御電源及びグランド電位が供給可能とされており、第一CAN回路20と第二CAN回路22との間で種々の信号を授受可能とされている。
第二ケーブル35の端部にはコネクタ端子35aが形成されている。該コネクタ端子35aはドライブユニット10に接続されており、ドライブユニット10とモータ部12とを電気的に接続している。具体的には、第二CPU23からの指令に基づいて送出される、モータ6を回転制御するための駆動電流がドライブユニット10からモータ部12に送出可能とされている。
以上記述したように、第二の実施の形態によれば、上記第一の実施の形態に記載の効果に加え以下の効果を奏する。
(1)ハウジング32とレゾルバ制御ボックス33とは別体に構成されており、互いに第一ケーブル34にて接続されている。そのため、ハウジング32とレゾルバ制御ボックス33とを一体形成してモータ本体を構成する場合に比べてモータ本体31の体積の増加を抑制することができる。従って、回転位置検出装置を配設する際の自由度を向上することができる。
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記各実施の形態において、回転位置検出装置はモータ6の出力軸の絶対回転角を検出する多極検出レゾルバについて実施したが、その他、回転軸の絶対回転角を検出する多極検出レゾルバについて実施してもよい。
・上記各実施の形態において、回転位置検出装置は多極検出レゾルバとして×18レゾルバ4及び×132レゾルバ5が用いられていた。しかし、この他の極性にて構成されるレゾルバを用いているものでもよい。
・上記各実施の形態において、モータ本体1,31には×1レゾルバ3、×18レゾルバ4及び×132レゾルバ5の3つのレゾルバが収容されていた。しかし、モータ本体1,31に収容されるレゾルバの個数を変更してもよい。
・上記各実施の形態において、各レゾルバ3〜5はそれぞれ8つの励磁コイルL1〜L8を備えており、該励磁コイルL1〜L8にてモータ6の出力軸の回転位置を検出するための信号を生成していた。しかし、励磁コイルの個数はモータ6の形状などによって適宜変更してもよい。
・上記各実施の形態において、各種補正データは第一CPU18と接続されたEEPROM19に記憶されていた。しかし、補正データの記憶場所及びその手段は適宜変更してもよく、例えば第一CPU内に配設されたフラッシュメモリによって各種補正データを記憶してもよい。
・上記各実施の形態においては、モータ本体1の内部に第一CAN回路20を備えるとともに、ドライブユニット10の内部に第二CAN回路22を備え、両CAN回路20,22間を結ぶ信号線にて種々の信号を授受していた。しかし、回転位置検出装置が、モータ本体1及びドライブユニット10の間で信号を授受可能な通信手段を備えていればよく、その通信手段は他のものを用いてもよい。
(a)、(b)は第一の実施の形態におけるモータ本体の概略図。 回転位置検出装置のブロック図。 第二の実施の形態におけるモータ本体の概略図。 従来の回転位置検出装置のブロック図。
符号の説明
1…アクチュエータ本体としてのモータ本体、2…ハウジング、3…1回転検出レゾルバ(×1レゾルバ)、4…第一多極レゾルバ(×18レゾルバ)、5…第二多極レゾルバ(×132レゾルバ)、6…アクチュエータとしてのモータ、8…レゾルバ制御回路、10…ドライブユニット、12…アクチュエータ部としてのモータ部、17…RDコンバータ、18…第一演算手段としての第一CPU、19…メモリとしてのEEPROM、20…第一通信回路としての第一CAN回路、22…第二通信回路としての第二CAN回路、23…第二演算手段としての第二CPU、25…ドライブ回路、32…ハウジング、33…レゾルバ制御ボックス、34…第一ケーブル。

Claims (5)

  1. レゾルバを回転させるアクチュエータを有するアクチュエータ部と、
    前記レゾルバから出力される回転位置検出信号を変換して回転角データを生成するRDコンバータ、前記アクチュエータ部が有する固有の誤差を補正するための補正データを記憶するメモリ、前記回転角データと前記補正データとを用いて演算により前記アクチュエータの絶対回転角を求める第一演算手段及び該第一演算手段の演算結果を通信する第一通信回路を有するレゾルバ制御回路と、
    を備えるアクチュエータ本体と、
    前記第一通信回路と信号を授受可能な第二通信回路、前記第二通信回路にて受信した信号に基づいて演算を行い前記アクチュエータの駆動信号を生成する第二演算手段及び前記駆動信号に基づいて前記アクチュエータを駆動するドライブ回路を有するドライブユニットと、
    を備えたことを特徴とする回転位置検出装置。
  2. 前記第一演算手段は前記アクチュエータの駆動前に前記回転角データを検出することで前記レゾルバの異常を検出可能な異常検出機能を備えていることを特徴とする請求項1に記載の回転位置検出装置。
  3. 前記補正データは、前記アクチュエータのサイズに関するデータ及びアクチュエータに通電する際の位相に関するデータであることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転位置検出装置。
  4. 前記アクチュエータ本体は全体がハウジングにて被覆されており、前記アクチュエータ部と前記レゾルバ制御回路とが前記ハウジングにて一体に形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の回転位置検出装置。
  5. 前記アクチュエータ部はハウジングに、前記レゾルバ制御回路はレゾルバ制御ボックスにそれぞれ別体で収容され、前記ハウジング及び前記レゾルバ制御ボックスはケーブルにて互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の回転位置検出装置。
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