JPH02168113A - 回転角検出装置 - Google Patents

回転角検出装置

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JPH02168113A
JPH02168113A JP32449388A JP32449388A JPH02168113A JP H02168113 A JPH02168113 A JP H02168113A JP 32449388 A JP32449388 A JP 32449388A JP 32449388 A JP32449388 A JP 32449388A JP H02168113 A JPH02168113 A JP H02168113A
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rotor
stator
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poles
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JP32449388A
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Tadao Yoneda
米田 忠男
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は回転角検出装置に関し、たとえば各種電気機
器のサーボシステムにおいて、回転部の回転角あるいは
位相角の検出やフィードバックのためにサーボモータな
どに取付けて使用される回転角検出装置に関する。
[従来の技術] ロータに複数の突極を設け、このロータに対して同心上
に配置されたステータの検出部と複数の突極との間の磁
気回路のリラクタンスの変化を電気信号として取出す可
変リラクタンス型の回転角検出装置として、誘導子型レ
ゾルバがある。
本願発明者らは、このような誘導子型レゾルバに関して
、検出精度の向上を図った回転角検出装置を特願昭63
−101126号において提案した。
第4図は上述の提案された回転角検出装置の検出部を示
す図であり、第5図は同じく全体の構成を示す図である
。まず、第4図を参照して、ロータ1の外周には円周を
等分割した突極11が設けられている。このロータ1は
電磁鋼板を成形して数枚重ね合わせて構成される。この
ロータ1と同心上にエアギャップ4を介してステータ2
が設けられている。ステータ2にはロータ1の突極11
に対向して大突極AI、Bl、CI、Di、A2゜B2
.・・・C4,Diが設けられている。さらに、これら
の大突極A1・・・Diには、それぞれ小突極21がロ
ータ1の突極11と同一ピッチで複数設けられている。
なお、隣接したステータ2の大突極はこれに設けられた
小突極21がロータ1の突極11のピッチの1/4ピッ
チ分ずれた位相となるように配置されている。したがっ
て、ステータ2の大突極が16極の場合には、記号を時
計回りにAl、  Bl。
CI、Di、A2.B2・・・C4,Diとすれば、大
突極Al、A2.A3.A4はすべて同相となる。同様
にして、大突極81〜B4.C1〜C4゜D1〜D4も
それぞれが同相となる。なお、ステータ2もロータ1と
同様にして、電磁鋼板を成形したものを数枚重ね合わせ
て製作されている。
ステータ2の大突極AI、Bl・・・Diには、励磁コ
イルがそれぞれal、bl・・・diのように巻回され
、コイルa1とC3,blとb3.clとC3,diと
d3.C2とC4,b2とb4.C2とC4,d2とd
iというように、同相の極のうちの1つ飛びに直列に接
続され、それぞれの端末が端子1alと1a2.lbl
と1’b2.lclと1c2.ldlと1d2,2ai
と2a2゜2blと2b2,2clと2c2,2dlと
2d2になっている。これらの端子は第5図に示すよう
に接続されている。すなわち、コイルal、a3とコイ
ルcl、c3は同極性で直列に接続され、高周波交流電
源eによって励磁される。コイルC2、C4とC2,C
4も前記コイルal、a3゜cl、C3と同極性で直列
に接続されて高周波交流電源eによって励磁されている
。一方、コイルbl、b2.b3.b4.di、d2.
d3、diは前記コイルa1〜a4.cl〜C4とは逆
極性で接続されている。したがって、成る瞬間における
ステータ1の大突極AI、Bl、CI、DI・・・の極
性は、N極、S極、N極 S極・・・というように交互
に極性が異なっていることになる。
端子1a2とlcl、2c2と2al、lblと1d2
,2dlと2b2のそれぞれの接続点は、調整部32に
設けられている可変抵抗器VRI〜VR4のそれぞれの
可動端子に接続されるとともに、アンプ33.34を介
してR/D (レゾルバ/ディジタル)変換器35に与
えられる。R/D変換器35は:A整部32によって調
整されたsinθ出力とcosθ出力をより細分割して
、ロータ1の突極1ピッチあたり210〜216に分割
された信号を出力する。
なお、調整部32の可変抵抗器vR1〜VR4は、検出
部31の磁気回路のアンバランスやコイルの直流抵抗分
やリラクタンスなどのばらつきを調整して出力電圧のピ
ーク値の高さを調整するためのものである。
[発明が解決しようとする課題] 上述の提案された回転角検出装置においては、R/D変
換器35の周波数特性によって、最高回転数が制限され
るために、高分解能化が困難であった。たとえば、DD
C社製のR/D変換器の周波数特性は800Hz (1
0ビツト出力において)である。したがって、上述の提
案された多極レゾルバにおいて、ロータ1の突極数が1
50の場合は、1周を150X2” −153600に
分割した場合に追従できる最高回転数は5.33rpS
 (320rpm)であり、さらに高分解能の12ビツ
トのR/D変換器では、その1/4の1゜33rps 
(80rpm)に制限される。
ところが、たとえばロボットのアームを直接駆動するダ
イレクトドライブモータには、100万分割以上を要求
される場合がある。このときには、最高回転数が5Or
pm以下となって、スピードの面でネックになることが
多いという欠点があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、高分解能化と高
速化を図ることができるような回転角検出装置を提供す
ることである。
[課題を解決するための手段] 第1請求項にかかる発明は、周をn等分(nは3以上の
整数)した各等分点に突極を設けたロータと、このロー
タと同心上に配置したステータに4m(mは1以上の整
数)個の極を設け、かつステータの凸極にはロータの突
極と対抗した小突極を設け、該ステータの極の並びの順
番にステータの小突極の位相をロータの突極ピッチの1
/4ピッチずつずらして配置した誘導子型レゾルバであ
って、出力誤差補正機能を有し、ステータの極に巻回さ
れたコイルから得られる電気角で90゛の位相差を有す
る2つの出力信号をディジタル信号に変換するための第
1および第2のレゾルバ/ディジタル変換手段と、これ
らの変換手段のパルス信号がほぼ0.5パルス分の位参
〇差を有するように、第1および第2のレゾルバ/ディ
ジタル変換手段に補正量を設定するための補正量設定手
段とを備えて構成される。
第2請求項にかかる発明は、ロータと3m(mは1以上
の整数)個の極が設けられたステータを含み、ステータ
の凸極にはロータの突極と対向した小突極を設け、ステ
ータの極の並びの順番にステータの小突極の位相をロー
タの突極ピッチの1/3ずつずらして配置したシンクロ
装置であって、出力誤差補正機能を有し、ステータの極
に巻回されたコイルから得られる電気角で120°の位
相差を持つ2つの出力信号をディジタル信号に変換する
ための第1および第2のシンクロ/ディジタル変換手段
と、この変換手段のそれぞれから出力されるパルス信号
がほぼ0.5パルス分の位相差を有するように第1およ
び第2のシンクロ/ディジタル変換手段に補正量を設定
するための補正量設定手段を備えて構成される。
第3請求項:9かかる発明は、tt41および12のレ
ゾルバ/ディジタル変換手段または第1および第2のシ
ンクロ/ディジタル変換手段のそれぞれのnビットの出
力信号のうち、それぞれの最下位ビットの排他的論理和
をとって得られた信号を、nビットの2つの出力信号の
うちの一方の出力信号の最下位に付加することにより、
n+1ビットの出力信号とする論理回路手段を備えて構
成される。
[作用] 第1請求項および第2請求項にかかる発明では、第1お
よび第2のレゾルバ/ディジタル変換手段または第1お
よび第2のシンクロ/ディジタル変換手段のそれぞれか
ら出力されるパルス信号がほぼ0.5パルス分の位相差
を有するように補正量が設定される。そして、第3請求
項にかかる発明では、0.5パルス分の位相差を有する
nビットの出力信号のうち、それぞれの最下位ビットの
排他的論理和をとって得られた信号を、nビットの2つ
の出力信号のうちの一方の出力信号の最下位に付加する
ことにより、n+1ビットの出力信号として分解能を2
倍にすることができ、レゾルバ/ディジタル変換器また
はシンクロ/ディジタル変換器の周波数特性を2倍にし
たのと等価となる。
[発明の実施例] 第1図はこの発明の一実施例の検出部および制御部の具
体的なブロック図である。
第1図において、検出部31と調整部32は前述の第5
図に示した従来例と同じであり、アンプ33.34の出
力はそれぞれ並列に設けられた2つのR/D変換器35
.36に与えられる。R/D変換器35.36のそれぞ
れに対応して補正器37.38とD/A変換器39.4
0が設けられる。補正器37.38はR/D変換器35
. 36からそれぞれ出力される信号の誤差を補正する
ためのものであって、たとえばROMによって構成され
る。D/A変換器39.40は補正器37゜38の出力
信号をアナログ信号に変換するものである。R/D変換
器35.36のnビットの出力信号のうち、最下位ビッ
トの出力信号a。、b。
はEXORゲート41に与えられて排他的論理和が求め
られ、その出力C8はR/D変換器35から出力された
nビットの信号に付加されてレジスタ42に与えられる
第2図はこの発明の一実施例に含まれる補正器によって
設定される補正量の決め方を説明するための図であり、
第3図はこの発明の一実施例の動作を説明するためのタ
イミング図である。
次に、第1図ないし第4図を参照して、この発明の一実
施例の具体的な動作について説明する。
まず、R/D変換器35.36にsinθ出力とCOS
θ出力が与えられるまでの動作について説明する。検出
部31のステータ2に設けられた大突極A1およびこの
大突極A1に設けられた複数の小突極21は、ステータ
2と同軸的に回転自在に配置されたロータ1の突極11
とエアギャップ4を介して対向しており、さらにそれら
の位相が同相であったとすれば、大突極A2. A3.
 A4の小突極もロータ1の突極と同相となっている。
一方、ステータ2の大突極CI、C2,C3゜C4は大
突極AI、A2.A3.A4とは位相差が180° (
電気角)であるため、ステータ2の大突極C1,C2,
C3,C4に設けられた複数の小突極はロータ1の突極
とは全く重なっていない状態となっている。このような
位相関係においては、ロータ1とステータ2で構成され
る磁気回路で見た場合、大突極Al、 A2、A3.A
4のリラクタンスはCI、C2,C3,C4部に比べて
小さい。
また、さらに大突極A1〜A4.C1〜C4のそれぞれ
に巻回されたコイルa1〜a4.cl〜c4のインダク
タンスで見れば、コイルa1〜a4のインダクタンスは
C1〜C4のインダクタンスに比べて大きくなる。
ここで、ロータ1をいずれか一方の方向に、ロータ1の
突極11の1ピッチの1/4だけずらしてやれば、ステ
ータ2の小突極2]とロータ1の突極11の位相関係は
ステータ2の大突極A1〜A4.C1〜C4のいずれも
突極どうしが半分型なり合った状態となる。したがって
、リラクタンスおよびインダクタンスともに大突極A1
〜A4゜C1〜C4のいずれもが等しくなる。
また、さらにロータ1を先と同じ方向にも1/4ピッチ
ずらした場合には、大突極A1〜A4の小突極とロータ
1の突極は全く重ならない状態となり、大突極C1〜C
4の小突極とロータ1の突極は同相となり、完全に重な
った状態となる。したがって、コイル01〜c4のイン
ダクタンスがコイルa1〜a4のインダクタンスよりも
大きくなる。
また、ステータ2の残りの大突IMBI〜B4の小突極
は大突極A1〜A4の小突極とはロータ1の突極ピッチ
の1/4ピッチ分ずれており、大突極D1〜D4の小突
極は大突極C1〜C4の小突極とは同様にして1/4ピ
ッチ分ずれているため、コイルb1〜b4.とコイルd
1〜d4のインダクタンスの変化は、それぞれコイルa
1〜a4とC1〜c4のインダクタンスの変化とはロー
タ1の突極11のピッチの1/4ピッチ(電気角で90
°)分だけ位相がずれていることになる。
コイルa1とC3およびC1とC3はそれぞれ直列に接
続されて高周波交流電源eに接続されているため、ロー
タ1が回転した場合、コイルal。
C3,cl、C3のインダクタンスは相関関係を持って
変化する。つまり、コイルal、a3のインダクタンス
が最大の場合(ステータ2の小突極21とロータ1の突
極11が重なった場合)、コイルcl、c3のインダク
タンスは最小(ステータ2の小突極21とロータ1の突
極11が重なっていない状態)においては、コイルcl
、c3の両端の電位差は最小値を示す。
ロータ1が1/4ピッチ回転した場合には、コイルal
、a3とcl、C3のインダクタンスが等しくなるため
、コイルcl、c3の両端の電位差は中間値(高周波交
流電源eの電圧の1/2の電圧)を示す。さらに、ロー
タ1が1/4ピッチ分回転すると、コイルal、a3の
インダクタンスが最小となり、コイルcl、c3のイン
ダクタンスが最大となるため、コイルcl、c3の両端
の電位差は最大となる。さらに、ロータ1が1/4ピッ
チ回転すると、コイルal、a3とコイルcl、c3の
インダクタンスが等しく、電位差は中間値となる。さら
に、ロータ1が1/4ピッチ回転して最初と同じ状態に
戻る。このサイクルが電気角360″分となる。
したがって、このサイクルにおけるコイルcl。
C3の両端の電位差は高周波交流電源eと同一周波数の
交流のピーク値がうねってsinカーブ状となる。
次に、コイルC2とC4,C2とC4の部分は前述のコ
イルa1とC3,clとC3とは順番が逆に接続されて
いるため、コイルa2とC4の両端の間の電位差はコイ
ルC1とC3の両端の電位と反転したような交流電圧が
出力される。このような2つの高周波交流電圧を取出し
た場合、両者の差が2つの高周波交流電圧の差分として
出力される。
また、コイルb1とb3.diとC3およびC2とC4
,b2とb4の部分の作用についても、全く前述の左半
分のコイルa1とC3,clとC3、C2とC4,C2
とC4の場合と同じであるが、前述のごとく、位相がロ
ータ1の突極11のピッチの1/4ピッチ分ずれている
ため、1/4ピッチずれたCOSカーブ状となる。
上述のごとくして得られたsinθ出力とc。
Sθ比出力アンプ33.34によって所定の電圧に増幅
され、R/D変換器35.36に与えられる。R/D変
換器35.36は、検出器31によって得られたsin
θ出力およびcosθ出力の波形の歪などによって生じ
る出力誤差を補正するための補正機能を有してる。この
補正機能は、R/D変換器35.36への入力信号の歪
などによって発生する誤差を調べておき、その誤差を打
消すような信号をR/D変換器35.36に入力するこ
とにより、正しい位置信号がR/D変換器35.36か
ら出力されるものである。
この補正を行なうために、補正器37.38はR/D変
換器35.36から出力されるnビットの位置信号をア
ドレスとして、そのアドレスに予め決めておいた2進数
のディジタル量を記憶しており、R/D変換器35.3
6から出力された位置信号によりディジタル信号を出力
する。このディジタル信号はD/A変換器39.40に
よってアナログ信号に変換されてR/D変換器35,3
6に入力されて正しい位置に補正が行なわれる。
この発明の一実施例では、R/D変換器35゜36から
それぞれnビットの位置信号を出力し、このnビットの
出力に位相差を設け、これらをEXORゲート41によ
って合成して1ビット分増やし、出力としてn+1ビッ
トとするようにしている。
この動作について、第2図および第3図を参照してより
詳細に説明する。第2図は第1図における補正器37.
38から一定のディジタル信号を出力しておき、R/D
変換器35.36に一定電圧信号を入力し、補正をしな
い状態で測定した誤差値を示している。横軸は絶対角を
パルス表示したものであり、縦軸にその絶対角よりのず
れとして誤差を求めたものが曲線SAI、SA2を示し
ているものとする。2つのチャネルの誤差が同じ値を示
していたとすると、この誤差を補正するために、第2図
(b)に示すような補正量を設定する。このとき、誤差
が0であれば補正量が0であり、誤差が十であれば補正
量は−でその誤差に見合った量とされる。
このようにして、各パルスごとに設定したものが第2図
(b)に示す曲線HAであり、この値が第1P1!Jの
補正器37に記憶される。また、第2図(b)に示した
曲線Haは前述の補正量より+0゜5パルス分誤差がで
るように設定した補正量である。この補正量は第1図の
補正器38に記憶させておく。このように設定した補正
器37.38によって、同じように絶対角を基準として
それらの誤差を測定すれば、第2図(c)に示したよう
に、R/D変換器35の出力であるAチャネルはSal
に示すように誤差が+0を示す。また、R/D変換器3
6の出力であるBチャネルはSa2のように常に絶対角
より十0.5パルス分の誤差を示している。
第3図はAチャネルのnビット分a。+al・・・a 
n−+ と、Bチャネルのnビット分す。、b、・・・
bn−1の出力波形を示している。これらのA、  B
チャネルを比較するとわかるように、各ビットはBチャ
ネルの方が0,5パルス分進んだ波形を示している。こ
こで、両チャネルの最下位ビットであるaoとす。の排
他的論理和を求めると、第3図のC8のような波形が合
成される。この合成は第1図に示したEXORゲート4
1によって行なわれる。ここで求められた合成波形C8
をaチャネルのnビットの出力の最下位に付加すること
により、n+1ビットの連続した出力が得られる。
このn+1ビットの出力はレジスタ42に与えられる。
なお、Bチャネルの出力誤差は理想的には+0,5パル
スであるが、AチャネルとBチャネルの最下位ビットの
出力が交互に出ればよいのであって、0.5パルスは前
後の値でも実用上は差支えない。
上述のごとくこの発明の一実施例によれば、検出部31
と調整部32とアンプ33.34は従来と同じであるが
、R/D変換器36などを1チャネル分追加することに
より、出力ビツト数を1つ増やすことができる。つまり
、分解能を2倍とすることができ、周波数特性はR/D
変換器35゜36の特性で決まっているため、低下する
ことはない。つまり、R/D変換器35.36の周波数
特性を2倍としたのと等価となる。検出部31のロータ
の突極数を150とした場合、分解能と最高回転数を一
例として表に示す。なお、R/D変換器35.36の周
波数特性は10ビツトにおいて800Hzとする。
(以下余白) なお、上述の実施例は、ステータ2に設けられた極の位
相がロータ1の突極ピッチの1/4ピッチずつずらした
4柑のステータ突極に巻回されたコイルから90゛の位
相差を持つ2つの出力、つまりsinθ、cosθ出力
波形を作り出すレゾルバにこの発明を適用した。しかし
ながら、これに対して、ステータの突極をロータの突極
ピッチの1/3ピッチずつずらして並べ、3柑のステー
タの突極に巻回されたコイルから120°の位相差を有
する3つの出力を得るいわゆるシンクロ装置においても
、2つのシンクロ/ディジタル変換器を2つ並列に使用
することにより、前述の実施例と同様にして、周波数特
性を2倍に上げることができる。このようなシンクロと
しては、たとえば特開昭60−125153号公報に記
載されたものがある。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、R/D変換器などを
1チャネル分追加することにより、分解能を2倍にする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図である。第2
図はこの発明の一実施例における補正器によって設定さ
れる補正量の決め方を説明するための図である。第3図
はこの発明の一実施例の動作を説明するためのタイミン
グ図である。第4図はこの発明の先行技術となるレゾル
バの検出部を示す図である。第5図はレゾルバの全体の
構成を示すブロック図である。 図において、31は検出部、32は調整部、33.34
はアンプ、35.36はR/D変換器、37.38は補
正器、39.40はD/A変換器、41はEXORゲー
トを示す。 第2図 (a) (c) 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)周をn等分(nは3以上の整数)した各等分点に
    突極を設けたロータと、前記ロータと同心上に配置した
    ステータに4m(mは1以上の整数)個の極を設け、か
    つ前記ステータの各極には前記ロータの突極と対抗した
    小突極を設け、該ステータの極の並びの順番に前記ステ
    ータの小突極の位相を前記ロータの突極ピッチの1/4
    ピッチずつずらして配置した誘導子型レゾルバにおいて
    、 出力誤差補正機能を有し、前記ステータの極に巻回され
    たコイルから得られる電気角で90゜の位相差を有する
    2つの出力信号をディジタル信号に変換するための第1
    および第2のレゾルバ/ディジタル変換手段、および 前記第1および第2のレゾルバ/ディジタル変換手段の
    それぞれから出力されるパルス信号がほぼ0.5パルス
    分の位相差を有するように、該第1および第2のレゾル
    バ/ディジタル変換手段に補正量を設定するための補正
    量設定手段を備えた、回転角検出装置。
  2. (2)周をn等分(nは5以上の整数)した各等分点に
    突極を設けたロータと、前記ロータと同心上に配置した
    ステータに3m(mは1以上の整数)個の極を設け、か
    つ前記ステータの各極には前記ロータの突極と対抗した
    小突極を設け、該ステータの極の並びの順番に前記ステ
    ータの小突極の位相を前記ロータの突極ピッチの1/3
    ずつずらして配置したシンクロ装置において、 出力誤差補正機能を有し、前記ステータの極に巻回され
    たコイルから得られる電気角で120゜の位相差を有す
    る2つの出力信号をディジタル信号に変換するための第
    1および第2のシンクロ/ディジタル変換手段、および 前記第1のおよび第2のシンクロ/ディジタル変換手段
    のそれぞれから出力されるパルス信号がほぼ0.5パル
    ス分の位相差を有するように、該第1および第2のシン
    クロ/ディジタル変換手段に補正量を設定するための補
    正量設定手段を備えた、回転角検出装置。
  3. (3)前記第1および第2のレゾルバ/ディジタル変換
    手段または前記第1および第2のシンクロ/ディジタル
    変換手段のそれぞれのnビットの出力信号のうち、それ
    ぞれの最下位ビットの排他的論理和をとって得られた信
    号を、前記nビットの2つの出力信号のうちの一方の出
    力信号の最下位に付加することにより、n+1ビットの
    出力信号とする論理回路手段を含む、請求項第1項また
    は第2項記載の回転角検出装置。
JP32449388A 1988-12-21 1988-12-21 回転角検出装置 Pending JPH02168113A (ja)

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