JPH0854205A - 回転電機の回転位置検出装置 - Google Patents
回転電機の回転位置検出装置Info
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- JPH0854205A JPH0854205A JP6189163A JP18916394A JPH0854205A JP H0854205 A JPH0854205 A JP H0854205A JP 6189163 A JP6189163 A JP 6189163A JP 18916394 A JP18916394 A JP 18916394A JP H0854205 A JPH0854205 A JP H0854205A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価かつ簡単な構造で高精度の位置検出を実
現し得る回転電機の回転位置検出装置を提供する。 【構成】 電気角で180°毎に凸部2aと凹部2bと
を円周方向に亘り交互に形成した円板2を回転軸に固着
するとともに、これら凸部2a及び凹部2bを検出し得
るように3個のセンサ3A,3B,3Cを円周方向に等
配(120°毎)に配設することによりセンサ3A,3
B,3Cの出力パルスP1 ,P2 ,P3 の組合せにより
電気角で60°毎の絶対位置を検出するとともに、この
絶対位置間の相対位置をエンコーダで検出することによ
り回転軸1の回転位置を検出するようにしたものであ
る。
現し得る回転電機の回転位置検出装置を提供する。 【構成】 電気角で180°毎に凸部2aと凹部2bと
を円周方向に亘り交互に形成した円板2を回転軸に固着
するとともに、これら凸部2a及び凹部2bを検出し得
るように3個のセンサ3A,3B,3Cを円周方向に等
配(120°毎)に配設することによりセンサ3A,3
B,3Cの出力パルスP1 ,P2 ,P3 の組合せにより
電気角で60°毎の絶対位置を検出するとともに、この
絶対位置間の相対位置をエンコーダで検出することによ
り回転軸1の回転位置を検出するようにしたものであ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転電機の回転位置検出
装置に関し、特に回転電機をベクトル制御するために磁
極位置を検出する際に用いて有用なものである。
装置に関し、特に回転電機をベクトル制御するために磁
極位置を検出する際に用いて有用なものである。
【0002】
【従来の技術】例えば永久磁石回転子を界磁とする同期
電動機を直流電動機と同様の特性で運転する方式として
ベクトル制御が提案されている。
電動機を直流電動機と同様の特性で運転する方式として
ベクトル制御が提案されている。
【0003】このベクトル制御を実現するには回転子の
磁極位置を検出する必要があるため、従来、次の様な方
法で磁極位置を検出していた。
磁極位置を検出する必要があるため、従来、次の様な方
法で磁極位置を検出していた。
【0004】1) ホール素子で磁極位置を検出する。 2) レゾルバで磁極位置を検出する。 3) アブソリュートエンコーダで磁極位置を検出する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
係る磁極位置検出方法は次の様な欠点がある。
係る磁極位置検出方法は次の様な欠点がある。
【0006】1) ホール素子を用いる場合には、電動機
の固定子にホール素子を固定する必要があるため、これ
に伴なう構造が複雑になる。
の固定子にホール素子を固定する必要があるため、これ
に伴なう構造が複雑になる。
【0007】2) レゾルバを用いる場合には、このレゾ
ルバ自体が高価であることに基因してコスト高になるば
かりでなく、レゾルバの固定子巻線に印加する正弦波電
圧と回転子側に誘起された電圧の位相差により位置検出
を行なうため、磁気的なノイズ対策を含め、検出回路の
構造が複雑になる。
ルバ自体が高価であることに基因してコスト高になるば
かりでなく、レゾルバの固定子巻線に印加する正弦波電
圧と回転子側に誘起された電圧の位相差により位置検出
を行なうため、磁気的なノイズ対策を含め、検出回路の
構造が複雑になる。
【0008】3) アブソリュートエンコーダを用いる場
合には、アブソリュートエンコーダ自体が10,000(rpm)
程度の高速に対応するものが提案されておらず、電動機
の高速化に対処することができない。
合には、アブソリュートエンコーダ自体が10,000(rpm)
程度の高速に対応するものが提案されておらず、電動機
の高速化に対処することができない。
【0009】本発明は、上記従来技術に鑑み、安価かつ
簡単な構造で高精度の位置検出を実現し得る回転電機の
回転位置検出装置を提供することを目的とする。
簡単な構造で高精度の位置検出を実現し得る回転電機の
回転位置検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、電気角で180°毎に1つの状態とこれと
異なる他の状態とが円周方向に関し隣接して交互に繰返
すように構成して回転電機の回転軸に固着した円板と、
円周方向に関し機械角で相互に120°隔てた位置にそ
れぞれ配設して前記円板の回転に伴なう前記1つの状態
と他の状態とを検出し、各状態に対応する2値信号をそ
れぞれ送出する3個のセンサと、前記回転軸の正転,逆
転を表わす情報とともに前記絶対位置間を細分割する回
転角度に応じた数のパルスを発生するようこの回転軸に
取付けた円板部及びこの円板部に近接して配設したセン
サ部を有するロータリエンコーダと、前記3個のセンサ
が送出する2値信号の組合せにより電気角で60°毎の
前記回転軸の絶対位置を検出するとともに、この絶対位
置を表わす信号と前記ロータリエンコーダのセンサ部の
出力信号である隣接する絶対位置間の相対位置を表わす
信号とを処理して前記回転軸の回転位置を演算する演算
手段とを有することを特徴とする。
明の構成は、電気角で180°毎に1つの状態とこれと
異なる他の状態とが円周方向に関し隣接して交互に繰返
すように構成して回転電機の回転軸に固着した円板と、
円周方向に関し機械角で相互に120°隔てた位置にそ
れぞれ配設して前記円板の回転に伴なう前記1つの状態
と他の状態とを検出し、各状態に対応する2値信号をそ
れぞれ送出する3個のセンサと、前記回転軸の正転,逆
転を表わす情報とともに前記絶対位置間を細分割する回
転角度に応じた数のパルスを発生するようこの回転軸に
取付けた円板部及びこの円板部に近接して配設したセン
サ部を有するロータリエンコーダと、前記3個のセンサ
が送出する2値信号の組合せにより電気角で60°毎の
前記回転軸の絶対位置を検出するとともに、この絶対位
置を表わす信号と前記ロータリエンコーダのセンサ部の
出力信号である隣接する絶対位置間の相対位置を表わす
信号とを処理して前記回転軸の回転位置を演算する演算
手段とを有することを特徴とする。
【0011】
【作用】上記構成の本発明によれば、3個のセンサが送
出する2値信号の組合せにより電気角で60°毎の回転
軸の絶対位置が求まり、これにエンコーダで検出する前
記絶対位置間の相対位置を加味することにより回転軸の
回転位置を精確に検出する。
出する2値信号の組合せにより電気角で60°毎の回転
軸の絶対位置が求まり、これにエンコーダで検出する前
記絶対位置間の相対位置を加味することにより回転軸の
回転位置を精確に検出する。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
明する。
【0013】本実施例は8極の回転界磁形の電動機に適
用するものであり、図1に示すように、電気角で60°
(機械角で15°)毎の回転軸の絶対位置を検出するた
めの絶対位置検出部I、隣接する絶対位置間の相対位置
を細分割して検出するための相対位置検出部II並びに絶
対位置検出部I及び相対位置検出部IIの出力信号を処理
して回転軸の回転位置を演算する演算部III を有する。
用するものであり、図1に示すように、電気角で60°
(機械角で15°)毎の回転軸の絶対位置を検出するた
めの絶対位置検出部I、隣接する絶対位置間の相対位置
を細分割して検出するための相対位置検出部II並びに絶
対位置検出部I及び相対位置検出部IIの出力信号を処理
して回転軸の回転位置を演算する演算部III を有する。
【0014】絶対位置検出部Iは、図2に示すように、
回転軸1に固着され、この回転軸1と一体的に回転する
円板2と3個のセンサ3A,3B,3Cとを有する。
回転軸1に固着され、この回転軸1と一体的に回転する
円板2と3個のセンサ3A,3B,3Cとを有する。
【0015】円板2は、図2(a)に特にこの部分を抽
出して示すように、その最外周部に円周方向に亘り凸部
2aと凹部2bとが電気角で180°(機械角で45
°)毎に交互に形成してある。センサ3A,3B,3C
は、図2(b)に特にこの部分を抽出して示すように、
発光部3a及び受光部3bを有しており、発光部3aと
受光部3bとの間に円板2の凸部2a若しくは凹部2b
が位置するよう周方向に亘り等配に配設してある。すな
わち、センサ3A〜3Cは、図2(c)に示すように、
固定子巻線のU,V,W相にそれぞれ対応するよう周方
向に亘り機械角で120°隔てた位置にそれぞれ配設・
固定してある。また、このとき、回転磁界に伴ない固定
子巻線のU相に誘起される電圧とセンサ3Aとの位相が
一致するよう、すなわち図3に示す関係となるよう円板
2の位置を調整してある。
出して示すように、その最外周部に円周方向に亘り凸部
2aと凹部2bとが電気角で180°(機械角で45
°)毎に交互に形成してある。センサ3A,3B,3C
は、図2(b)に特にこの部分を抽出して示すように、
発光部3a及び受光部3bを有しており、発光部3aと
受光部3bとの間に円板2の凸部2a若しくは凹部2b
が位置するよう周方向に亘り等配に配設してある。すな
わち、センサ3A〜3Cは、図2(c)に示すように、
固定子巻線のU,V,W相にそれぞれ対応するよう周方
向に亘り機械角で120°隔てた位置にそれぞれ配設・
固定してある。また、このとき、回転磁界に伴ない固定
子巻線のU相に誘起される電圧とセンサ3Aとの位相が
一致するよう、すなわち図3に示す関係となるよう円板
2の位置を調整してある。
【0016】このように調整することにより永久磁石電
動機の制御において、ベクトル制御を行なうのに際し磁
界の絶対位置を検出する必要があるが、出力パルスP1
が立上がる際の磁界位置がU相巻線と一致しているの
で、これを磁界の絶対位置の基準点とすることができ
る。
動機の制御において、ベクトル制御を行なうのに際し磁
界の絶対位置を検出する必要があるが、出力パルスP1
が立上がる際の磁界位置がU相巻線と一致しているの
で、これを磁界の絶対位置の基準点とすることができ
る。
【0017】図1に示すパルス発生回路4は、各センサ
3A,3B,3Cの出力パルスP1,P2 ,P3 の立上
り及び立下り時点に基づき電気角でπ/3毎の絶対位置
パルスP4 を発生するものである。このときの波形を図
4に示す。同図に示すように、出力パルスP1 ,P2 ,
P3 はそれぞれ固定子巻線のU相,V相,W相の誘起電
圧U,V,Wに位相が一致するように構成してあり、図
中のP4-0 ,P4-1 ,P4-2 ,P4-3 ,…が絶対位置パ
ルスである。
3A,3B,3Cの出力パルスP1,P2 ,P3 の立上
り及び立下り時点に基づき電気角でπ/3毎の絶対位置
パルスP4 を発生するものである。このときの波形を図
4に示す。同図に示すように、出力パルスP1 ,P2 ,
P3 はそれぞれ固定子巻線のU相,V相,W相の誘起電
圧U,V,Wに位相が一致するように構成してあり、図
中のP4-0 ,P4-1 ,P4-2 ,P4-3 ,…が絶対位置パ
ルスである。
【0018】相対位置検出部IIは円板部5,センサ部6
a,6b、正転/逆転パルス発生回路7及びカウンタ8
からなるロータリエンコーダで構成したものである。
a,6b、正転/逆転パルス発生回路7及びカウンタ8
からなるロータリエンコーダで構成したものである。
【0019】円板部5は周方向に亘り多数のスリットが
等間隔で形成してあり、π/3毎の絶対位置の間の細分
割された回転角度を検出するよう回転軸1に固着してあ
る。
等間隔で形成してあり、π/3毎の絶対位置の間の細分
割された回転角度を検出するよう回転軸1に固着してあ
る。
【0020】センサ部6a,6bは円板部5のスリット
を透過する光に感応してこれを電気信号に変換するもの
で、回転軸1の回転量に応じた数のA相パルス信号P5
とB相パルス信号P6 をそれぞれ送出する。A相パルス
信号P5 とB相パルス信号P 6 とは、周波数は同じであ
るが位相がπ/2ずれており、したがってA相パルス信
号P5 とB相パルスP6 との関係に基づき回転軸1の回
転方向を検出し得る。
を透過する光に感応してこれを電気信号に変換するもの
で、回転軸1の回転量に応じた数のA相パルス信号P5
とB相パルス信号P6 をそれぞれ送出する。A相パルス
信号P5 とB相パルス信号P 6 とは、周波数は同じであ
るが位相がπ/2ずれており、したがってA相パルス信
号P5 とB相パルスP6 との関係に基づき回転軸1の回
転方向を検出し得る。
【0021】正転/逆転パルス発生回路7はA相パルス
信号P5 及びB相パルス信号P6 に基づき回転軸1の回
転方向を検出するとともに、センサ部6a,6bが発生
したパルス数に応じた加算パルス信号P7 若しくは減算
パルス信号P8 を送出する。本実施例においては、円板
部5の1回転で720個のA,B相パルス信号P5 ,P
6 が発生するように構成してあるが、これでは360°
/720パルス=0.5/1パルスと精度が充分ではな
いため、正転/逆転パルス発生回路7ではA相若しくは
B相パルス信号P5 ,P6 を4逓倍、すなわちA相若し
くはB相パルス信号P5 ,P6 の周波数を4倍に上げた
加減算パルス信号P7 ,P8 としている。
信号P5 及びB相パルス信号P6 に基づき回転軸1の回
転方向を検出するとともに、センサ部6a,6bが発生
したパルス数に応じた加算パルス信号P7 若しくは減算
パルス信号P8 を送出する。本実施例においては、円板
部5の1回転で720個のA,B相パルス信号P5 ,P
6 が発生するように構成してあるが、これでは360°
/720パルス=0.5/1パルスと精度が充分ではな
いため、正転/逆転パルス発生回路7ではA相若しくは
B相パルス信号P5 ,P6 を4逓倍、すなわちA相若し
くはB相パルス信号P5 ,P6 の周波数を4倍に上げた
加減算パルス信号P7 ,P8 としている。
【0022】カウンタ8には絶対位置パルスP4 の入力
毎に所定の値がプリセットされ、さらに入力された加減
算パルス信号P7 ,P8 のパルス数が所定値に対し加算
若しくは減算される。すなわち、正転時には絶対位置か
らの回転位置が所定値に加算したパルスの数として、ま
た逆転時には絶対位置からの回転位置が所定位置から減
算したパルスの数としてカウントされる。かくしてカウ
ンタ8は絶対位置間の相対位置情報であるカウント信号
P9 を送出する。
毎に所定の値がプリセットされ、さらに入力された加減
算パルス信号P7 ,P8 のパルス数が所定値に対し加算
若しくは減算される。すなわち、正転時には絶対位置か
らの回転位置が所定値に加算したパルスの数として、ま
た逆転時には絶対位置からの回転位置が所定位置から減
算したパルスの数としてカウントされる。かくしてカウ
ンタ8は絶対位置間の相対位置情報であるカウント信号
P9 を送出する。
【0023】このように、プリセット値から加減算パル
ス信号P7 ,P8 に基づくパルス数を加減算することに
より演算部III ではプリセット値とカウント値との差を
検出することで正、逆転の判別をする事なく相対的な位
置情報を得ることができる。
ス信号P7 ,P8 に基づくパルス数を加減算することに
より演算部III ではプリセット値とカウント値との差を
検出することで正、逆転の判別をする事なく相対的な位
置情報を得ることができる。
【0024】演算部III は高速演算プロセッサ(DS
P)で構成してあり、センサ3A,3B,3Cの出力パ
ルスP1 ,P2 ,P3 を処理してU相巻線と一致した位
置を0°とした電気角で60°毎の絶対位置を求めると
ともにカウント信号P9 に基づき相対位置を求める。
P)で構成してあり、センサ3A,3B,3Cの出力パ
ルスP1 ,P2 ,P3 を処理してU相巻線と一致した位
置を0°とした電気角で60°毎の絶対位置を求めると
ともにカウント信号P9 に基づき相対位置を求める。
【0025】具体的には、表1のテーブルにより絶対位
置を求める。なお、このテーブルは円板1の時計方向を
正に採り、出力パルスP1 ,P2 ,P3 の「Low 状態」
を「1」に、また「High状態」を「0」に対応させたも
のである。
置を求める。なお、このテーブルは円板1の時計方向を
正に採り、出力パルスP1 ,P2 ,P3 の「Low 状態」
を「1」に、また「High状態」を「0」に対応させたも
のである。
【0026】
【表1】
【0027】また、相対位置θ1 は次式[数1]で求め
る。
る。
【0028】
【数1】
【0029】したがって、回転位置は、絶対位置θ0 と
相対位置θ1 との和として求まる。このとき、θ1 <
0、すなわち逆転時には絶対位置として前記表1に基づ
いて求めた絶対位置θ1 に60°を加算した値を用い
る。
相対位置θ1 との和として求まる。このとき、θ1 <
0、すなわち逆転時には絶対位置として前記表1に基づ
いて求めた絶対位置θ1 に60°を加算した値を用い
る。
【0030】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明によれば次の効果が得られる。
うに、本発明によれば次の効果が得られる。
【0031】1) 本発明により、安価かつ簡単な構成に
より、エンコーダパルスの分解能の精度で絶対位置の検
出が可能となる。
より、エンコーダパルスの分解能の精度で絶対位置の検
出が可能となる。
【0032】2) 高速回転(10,000rpm 以上)において
も絶対位置検出が可能となる。
も絶対位置検出が可能となる。
【0033】3) π/3毎の絶対位置検出が可能であ
り、モータ始動時も回転子位置調整が不要になる。すな
わち、磁界の位置が把握できていない場合、始動ができ
ない事があるが、本願発明によればπ/3以内で位置を
検出している結果、始動が可能となり回転子位置の調整
が不要になる。
り、モータ始動時も回転子位置調整が不要になる。すな
わち、磁界の位置が把握できていない場合、始動ができ
ない事があるが、本願発明によればπ/3以内で位置を
検出している結果、始動が可能となり回転子位置の調整
が不要になる。
【0034】4) 高精度検出が可能であり、ベクトル制
御が可能となる。
御が可能となる。
【図1】本発明の実施例を示すブロック線図。
【図2】絶対位置検出部Iの円板2及びセンサ3A,3
B,3Cを示す説明図。
B,3Cを示す説明図。
【図3】絶対位置検出部Iのセンサ3Aの出力信号とU
相巻線に誘起される電圧波形の関係を示す波形図。
相巻線に誘起される電圧波形の関係を示す波形図。
【図4】絶対位置検出部Iのセンサ3A,3B,3Cの
出力パルスP1 ,P2 ,P3 とU,V,W相電圧の位相
関係を示す波形図。
出力パルスP1 ,P2 ,P3 とU,V,W相電圧の位相
関係を示す波形図。
I 絶対位置検出部 II 相対位置検出部 III 演算部 1 回転軸 2 円板 2a 凸部 2b 凹部 3A,3B,3C センサ 5 円板部 6a,6b センサ部
Claims (4)
- 【請求項1】 電気角で180°毎に1つの状態とこれ
と異なる他の状態とが円周方向に関し隣接して交互に繰
返すように構成して回転電機の回転軸に固着した円板
と、 円周方向に関し機械角で相互に120°隔てた位置にそ
れぞれ配設して前記円板の回転に伴なう前記1つの状態
と他の状態とを検出し、各状態に対応する2値信号をそ
れぞれ送出する3個のセンサと、 前記回転軸の正転,逆転を表わす情報とともに前記絶対
位置間を細分割する回転角度に応じた数のパルスを発生
するようこの回転軸に取付けた円板部及びこの円板部に
近接して配設したセンサ部を有するロータリエンコーダ
と、 前記3個のセンサが送出する2値信号の組合せにより電
気角で60°毎の前記回転軸の絶対位置を検出するとと
もに、この絶対位置を表わす信号と前記ロータリエンコ
ーダのセンサ部の出力信号である隣接する絶対位置間の
相対位置を表わす信号とを処理して前記回転軸の回転位
置を演算する演算手段とを有することを特徴とする回転
電機の回転位置検出装置。 - 【請求項2】 前記1つの状態は前記円板の最外周部に
形成した凸部により形成するとともに他の状態は凸部に
円周方向で隣接する凹部により形成したことを特徴とす
る[請求項1]に記載する回転電機の回転位置検出装
置。 - 【請求項3】 前記エンコーダの分解能を向上させるよ
うそのセンサ部の出力信号であるパルス信号をn逓倍
(nは2以上の自然数)して処理することを特徴とする
[請求項1]に記載する回転電機の回転位置検出装置。 - 【請求項4】 前記各センサが送出する2値信号は固定
子の電機子巻線の各相に誘起される誘起電圧とそれぞれ
位相が一致するように構成したことを特徴とする[請求
項1]に記載する回転電機の回転位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189163A JPH0854205A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 回転電機の回転位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189163A JPH0854205A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 回転電機の回転位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854205A true JPH0854205A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16236519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6189163A Withdrawn JPH0854205A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 回転電機の回転位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0854205A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001336951A (ja) * | 2000-05-29 | 2001-12-07 | Shinko Electric Co Ltd | 回転位置検出装置及び方法 |
| EP1235048A1 (en) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Delphi Technologies, Inc. | Angular position sensor assembly for a vehicle generator shaft |
| WO2007077389A2 (fr) | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Aktiebolaget Skf | Systeme de detection de position angulaire absolue par comparaison differentielle, roulement et machine tournante |
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1994
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