JP2007232507A - レゾルバ - Google Patents

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Yoshimi Kikuchi
良巳 菊池
Takeshi Suganuma
毅 菅沼
Kentaro Ozawa
健太郎 小澤
Yonezo Kubota
米蔵 久保田
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Abstract

【課題】ステータ巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして回転角度の検出精度を高めることが可能なレゾルバを提供する。
【解決手段】それぞれが2枚のシート状コイル(励磁巻線130用のシート状コイル130a,130b,130c,130d及び出力巻線140用のシート状コイル140a,140b,140c,140d)が積層された構造を有する複数のシート状積層コイル120a,120b,120c,120d及び複数のシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを支持する支持体110を有するステータ100と、ステータ100に対して回転自在に配設されたロータ160とを備えることを特徴とするレゾルバ10。
【選択図】図1

Description

本発明は、レゾルバに関する。
図8は、従来のレゾルバ800を説明するために示す図である。図8(a)は従来のレゾルバ800の構造を示す図であり、図8(b)は従来のレゾルバ800からの出力電圧を示す図である。
従来のレゾルバ800は、図8(a)に示すように、1相の励磁巻線804及び2相の出力巻線(SIN出力巻線806及びCOS出力巻線807)が突極803に巻回されたステータ801と、ステータ801に対して回転自在に設けられたロータ805とを備えるバリアブルリラクタンス型のレゾルバである。ロータ805は、鉄心のみで巻線を有しない偏心ロータであり、ロータ805とステータ801との間のギャップパーミアンスが回転角度θに対して正弦波状に変化する。このため、従来のレゾルバ800によれば、図8(b)に示すように、上記したギャップパーミアンスを測定することにより回転角度を高精度で検出することができる。
図9は、従来のレゾルバ900を説明するために示す図である。図9(a)は従来のレゾルバ900の構造を示す図であり、図9(b)は従来のレゾルバ900の各スロットにおける巻線構造を説明するために示す図である。
従来のレゾルバ900は、図9(a)に示すように、1相の励磁巻線904及び2相の出力巻線(SIN出力巻線906及びCOS出力巻線907(図9(a)では図示せず。))が突極903に巻回されたステータ901と、ステータ901に対して回転自在に設けられたロータ905とを備えるバリアブルリラクタンス型のレゾルバである。ロータ905は、鉄心のみで巻線を有しない偏心ロータであり、従来のレゾルバ800の場合と同様に、ロータ905とステータ901との間のギャップパーミアンスが回転角度θに対して正弦波状に変化する。このため、従来のレゾルバ900によれば、図9(b)に示すように、上記したギャップパーミアンスを測定することにより回転角度を高精度で検出することができる。
また、従来のレゾルバ900においては、2相の出力巻線(SIN出力巻線906及びCOS出力巻線907)が各スロット902に1スロットピッチ(スロット飛びを伴うことなく、各スロットに順次巻線を入れる状態)で巻回されており(図9(a)では図示せず。)、さらに、図9(b)に示すように、その誘起電圧分布が各々正弦波分布となるように分布巻き(その巻線の巻き数(量)も正弦波分布状となる。)されている。
このため、従来のレゾルバ900によれば、出力電圧に含まれている低次から高次にわたる高周波次数を低減させることにより、回転角度の検出精度を向上することができる。
特開平8−178611号公報
しかしながら、従来のレゾルバ800及び従来のレゾルバ900においては、自動巻回機を用いたとしても、励磁巻線及び出力巻線からなるステータ巻線を各突極に規格どおりに精度よく巻回するのが実際上容易ではないため、ステータ巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして回転角度の検出精度を高めることが困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ステータ巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして回転角度の検出精度を高めることが可能なレゾルバを提供することを目的とする。
本発明のレゾルバは、それぞれが複数枚のシート状コイルが積層された構造を有する複数のシート状積層コイル及び前記複数のシート状積層コイルを支持する支持体を有するステータと、前記ステータに対して回転自在に配設されたロータとを備えることを特徴とする。
このため、本発明のレゾルバによれば、予め所定の導線パターンが形成されている複数のシート状積層コイルを用いてステータ巻線を形成することが可能となるため、ステータ巻線を規格どおりに精度よく形成することが可能となり、ステータ巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして回転角度の検出精度を高めることが可能となる。
また、本発明のレゾルバによれば、予め所定の導線パターンが形成されている複数のシート状積層コイルを用いてステータ巻線を形成することが可能となるため、自動巻回機を用いて機械的な巻回作業を行ったり、結束・結線作業を行ったりする必要がなくなり、レゾルバを製造するうえでの生産性を高めることが可能となる。
さらにまた、本発明のレゾルバによれば、薄いシート状積層コイルを用いてステータ巻線を形成することができるため、レゾルバを薄型化することが可能となる。
本発明のレゾルバにおいては、各シート状積層コイルは、同一円周上に等分角度の位置に配置されていることが好ましい。
また、本発明のレゾルバにおいては、前記シート状積層コイルとして、励磁巻線用のシート状コイルと、出力巻線用のシート状コイルとが積層されたシート状積層コイルを備えることが好ましい。
このように構成することにより、バリアブルリラクタンス型のレゾルバを構成することが可能となるため、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
また、本発明のレゾルバにおいては、前記シート状積層コイルとして、前記励磁巻線用のシート状コイルと、前記出力巻線用のシート状コイルとがそれぞれ複数枚積層されたシート状積層コイルを備えることが好ましい。
このように構成することにより、十分な励磁性能及び検出感度を得ることが可能となり、結果として、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
また、本発明のレゾルバにおいては、前記シート状積層コイルを構成する各シート状コイルは、基材の表面に金属層が形成されたシートに、所定パターンでレーザ光を照射することにより形成されたシート状コイルであることが好ましい。
このように構成することにより、シート状積層コイルを構成する各シート状コイルを製造する過程でエッチング液を使用する必要がなくなるため、レゾルバの使用中に、エッチング液の存在に起因してコイルが腐食したり断線したりすることがなくなる。このため、高信頼性のレゾルバを提供することが可能となる。
また、本発明のレゾルバにおいては、前記シート状積層コイルを構成する各シート状コイルは、スルーホールを用いて電気的に接続されていることが好ましい。
このように構成することにより、シート状積層コイル構成する各シート状コイルを良好に接続することが可能となり、高信頼性のレゾルバを提供することが可能となる。
以下、本発明のレゾルバについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
〔実施形態1〕
図1は、実施形態1に係るレゾルバ10を説明するために示す図である。図1(a)はレゾルバ10の平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−O−B−C断面図であり、図1(c)は図1(b)の要部拡大図である。図2は、実施形態1に係るレゾルバ10における励磁巻線130を説明するために示す図である。図3は、実施形態1に係るレゾルバ10における出力巻線140を説明するために示す図である。図4は、励磁巻線130用のシート状コイル130bの製造方法を説明するために示す図である。
実施形態1に係るレゾルバ10は、図1に示すように、それぞれが2枚のシート状コイル(励磁巻線130用のシート状コイル130a,130b,130c,130d(図2参照。)及び出力巻線140用のシート状コイル140a,140b,140c,140d(図3参照。))が積層された構造を有する4つのシート状積層コイル120a,120b,120c,120d及び4つのシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを支持する支持体110を有するステータ100と、ステータ100に対して回転自在に配設されたロータ160とを備える。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、図2及び図3に示すように、4つの励磁巻線130用のシート状コイル130a,130b,130c,130dが励磁巻線130を構成し、4つの出力巻線140用のシート状コイル140a,140b,140c,140dが出力巻線140を構成する。そして、励磁巻線130と出力巻線140とがステータ巻線120(図示せず。)を構成する。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、図1に示すように、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120dは、同一円周上に等分角度(90度)の位置に配置されている。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、シート状積層コイル120bは、図1(c)に示すように、励磁巻線130用のシート状コイル130bと、出力巻線140用のシート状コイル140bとをそれぞれ1層ずつ備える。シート状積層コイル120a,120c,120dの場合も同様である。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、非磁性体材料からなる支持体110の上面には、図1(c)に示すように、それぞれが電磁鋼板からなる2枚のヨーク150,152及びガイドブッシュ154が配置されている。そして、2枚のヨーク150,152及びガイドブッシュ154は、ガイドブッシュ154の周囲にシート状積層コイル120a,120b,120c,120dが挿入された状態で、ボルト156とナット158とを用いて固定されている(図1(b)参照。)。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、図1(c)に示すように、2枚のヨーク150,152の間に、ロータ160が配置されているため、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120d毎に、独立した磁気回路が構成されることになる。
実施形態1に係るレゾルバ10においては、図4に示すように、シート状積層コイル120bを構成する励磁巻線130用のシート状コイル130bは、基材20の表面に金属層22が形成されたシートに、所定パターンでレーザ光Lを照射することにより形成されたシート状コイルである。他のシート状コイル(励磁巻線130用のシート状コイル130a,130c,130d及び出力巻線140用のシート状コイル140a,140b,140c,140d)も同様の方法により形成されたシート状コイルである。
基材20としては、厚さ60μmのガラスエポキシ基板を用い、金属層22としては、厚さ15μmの銅からなる金属層を用いた。金属層22にレーザ光Lを照射することにより得られる金属線24の配列ピッチは50μmであり、金属線24の幅は30μmである。金属線24は、平面トラック状(約80周)に配置され、これがシート状コイルのコイルとなる。
以上のように構成された実施形態1に係るレゾルバ10によれば、予め所定の導線パターンが形成されている複数(4つ)のシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを用いてステータ巻線120を形成することが可能となるため、ステータ巻線を規格どおりに精度よく形成することが可能となり、ステータ巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして回転角度の検出精度を高めることが可能となる。
また、実施形態1に係るレゾルバ10によれば、予め所定の導線パターンが形成されている複数(4つ)のシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを用いてステータ巻線120を形成することが可能となるため、自動巻回機を用いて機械的な巻回作業を行ったり、結束・結線作業を行ったりする必要がなくなり、レゾルバを製造するうえでの生産性を高めることが可能となる。
さらにまた、実施形態1に係るレゾルバ10によれば、薄いシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを用いてステータ巻線を形成することができるため、レゾルバを薄型化(例えば、5mm以下。)することが可能となる。
また、実施形態1に係るレゾルバ10においては、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120dは、同一円周上に等分角度の位置に配置されており、さらには、シート状積層コイル120a,120b,120c,120dとして、励磁巻線130用のシート状コイル130a,130b,130c,130dと、出力巻線140用のシート状コイル140a,140b,140c,140dとが積層されたシート状積層コイルを備えるため、バリアブルリラクタンス型のレゾルバを構成することが可能となり、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
また、実施形態1に係るレゾルバ10においては、シート状積層コイル120a,120b,120c,120dを構成する各シート状コイル130a,130b,130c,130d,140a,140b,140c,140dは、基材20の表面に金属層22が形成されたシートに、所定パターンでレーザ光Lを照射することにより形成されたシート状コイルであるため、シート状積層コイルを構成する各シート状コイルを製造する過程でエッチング液を使用する必要がなくなる。このため、レゾルバの使用中に、エッチング液の存在に起因してコイルが腐食したり断線したりすることがなくなり、高信頼性のレゾルバを提供することが可能となる。
また、実施形態1に係るレゾルバ10によれば、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120dを上下から挟んで配置された上下2枚のヨーク150,152の間に、ロータ160が配置されているため、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120d毎に、独立した磁気回路が構成されることになり、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
〔実施形態2〕
図5は、実施形態2に係るレゾルバ12を説明するために示す図である。図5(a)はレゾルバ12の平面図であり、図5(b)は図5(a)のA−O−B−C断面図であり、図5(c)は図5(b)の要部拡大図である。図6は、励磁巻線230用のシート状コイル230bを説明するために示す図である。図6(a)は励磁巻線230用のシート状コイル230bを構成するシート状コイル30を模式的に示す平面図であり、図6(b)は励磁巻線230用のシート状コイル230bを構成するシート状コイル40を模式的に示す平面図であり、図6(c)は励磁巻線230用のシート状コイル230bを模式的に示す断面図である。
実施形態2に係るレゾルバ12は、図5(a)に示すように、基本的には実施形態1に係るレゾルバ10と同様の構成を有しているが、シート状積層コイルの構造が実施形態1に係るレゾルバ10の場合とは異なっている。すなわち、実施形態2に係るレゾルバ12においては、励磁巻線230用のシート状コイル230bは、図5(b)、図5(c)及び図6に示すように、平面トラック状のシート状コイル30,40が積層された構造を有する。また、図示はしないが、励磁巻線230用のシート状コイル230a,230c,230d及び出力巻線240用のシート状コイル240a,240b,240c,240dも、平面トラック状のシート状コイルが2枚積層された構造を有する。
このため、実施形態2に係るレゾルバ12によれば、励磁巻線230用のシート状コイル230a,230b,230c,230dと、出力巻線240用のシート状コイル240a,240b,240c,240dとが、それぞれ2枚積層されたシート状コイル30,40を備えることで、十分な励磁性能及び検出感度を得ることが可能となり、結果として、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
また、実施形態2に係るレゾルバ12においては、励磁巻線230用のシート状コイル230a,230b,230c,230d又は出力巻線240用のシート状コイル240a,240b,240c,240dを構成する各シート状コイル30,40は、スルーホール50及びはんだ52を用いて電気的に接続されている。
このため、実施形態2に係るレゾルバ12によれば、励磁巻線230用のシート状コイル230a,230b,230c,230d又は出力巻線240用のシート状コイル240a,240b,240c,240dを構成する各シート状コイル30,40を良好に接続することが可能となり、高信頼性のレゾルバを提供することが可能となる。
なお、実施形態2に係るレゾルバ12は、これ以外の点では実施形態1に係るレゾルバ10の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るレゾルバ10が有する効果のうち該当する効果を有する。
〔実施形態3〕
図7は、実施形態3に係るレゾルバ14を説明するために示す図である。図7(a)はレゾルバ14の平面図であり、図7(b)は図7(a)のA−O−B−C断面図であり、図7(c)は図7(b)の要部拡大図である。
実施形態3に係るレゾルバ14は、図7(a)に示すように、基本的には実施形態1に係るレゾルバ10と同様の構成を有しているが、支持体の材料及び構造が実施形態1に係るレゾルバ10の場合とは異なっている。すなわち、実施形態3に係るレゾルバ14においては、支持体114は、電磁鋼板からなり、図7(b)及び図7(c)に示すように、実施形態1における下側のヨーク150の役割を兼ねている。
このように、実施形態3に係るレゾルバ14は、支持体の材料及び構造が実施形態1に係るレゾルバ10の場合とは異なっているが、これ以外の点では実施形態1に係るレゾルバ10の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るレゾルバ10が有する効果のうち該当する効果を有する。
なお、実施形態3に係るレゾルバ14においては、支持体114が下側のヨークの役割を兼ねるために、下側のヨークが互い結合された構造を有しているが、磁気的に見ればそれほど強く結合されていないため、実施形態1に係るレゾルバ10の場合と同様に、各シート状積層コイル120a,120b,120c,120d毎に、ほぼ独立した磁気回路が構成されることになるため、回転角度を高精度で検出することが可能となる。
以上、本発明のレゾルバを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)実施形態1に係るレゾルバ10においては、シート状コイルとして、基材20の片面に金属線24が形成されたシート状コイルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基材の両面に金属線が形成されたシート状コイルを用いることもできる。
(2)実施形態2に係るレゾルバ12においては、励磁巻線230用のシート状コイル230a,230b,230d,230d及び出力巻線240用のシート状コイル240a,240b,240c,240dとして、それぞれ2枚のシート状コイル30,40が積層された構造を有するシート状コイルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、それぞれ3枚以上のシート状コイルが積層された構造を有するシート状コイルを用いることもできる。
(3)実施形態1に係るレゾルバ10においては、複数のシート状積層コイルとして、円周上に等分角度(90度)の位置に配置された4つのシート状積層コイル120a,120b,120c,120dを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、円周上に等分角度の位置に配置された6つ、8つ、10、12又はそれ以上のシート状積層コイルを用いることもできる。また、例えば、円周上に等分角度の位置に配置された3つ、5つ、7又はそれ以上のシート状積層コイルを用いることもできる。
(4)実施形態1に係るレゾルバ10は、2極の極数を有するレゾルバであるが、本発明はこれに限定されるものではない。多極の極数を有する多極・複速度(マルチスピード)のレゾルバであってもよい。
(5)実施形態1に係るレゾルバ10においては、ロータとして、鉄心のみで巻線を有しないロータ160を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ロータとして、巻線を有するロータを用いることもできる。
(6)実施形態1に係るレゾルバ10においては、ロータとして、偏心しているロータ160を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ロータとして、偏心していないnX型(Xは軸倍角)のロータを用いることもできる。
実施形態1に係るレゾルバ10を説明するために示す図である。 実施形態1に係るレゾルバ10における励磁巻線130を説明するために示す図である。 実施形態1に係るレゾルバ10における出力巻線140を説明するために示す図である。 励磁巻線130用のシート状積層コイル130bの製造方法を説明するために示す図である。 実施形態2に係るレゾルバ12を説明するために示す図である。 励磁巻線230用のシート状コイル230bを説明するために示す図である。 実施形態3に係るレゾルバ14を説明するために示す図である。 従来のレゾルバ800を説明するために示す図である。 従来のレゾルバ900を説明するために示す図である。
符号の説明
10,12,14…レゾルバ、20…基材、22…金属層、24…金属線、30,40…シート状コイル、32,42…基材、34,44…金属線、36,46…取出電極、38,48…中間接続電極、50…スルーホール、52…はんだ、100,102,104…ステータ、110,114…支持体、112,116…凹部、120a,120b,120c,120d、220a,220b,220c,220d…シート状積層コイル、130…励磁巻線、130a,130b,130c,130d,230b,230d…励磁巻線用のシート状コイル、140…出力巻線、140a,140b,140c,140d,240b,240d…出力巻線用のシート状コイル、150,152…ヨーク、154…ガイドブッシュ、156…ボルト、158…ナット、160…ロータ、800,900…レゾルバ、801,901…ステータ、802,902…スロット、803,903…突極、804,904…励磁巻線、805,905…ロータ、806,807,906,907…出力巻線、808,908…SIN出力電圧、809,909…COS出力電圧、θ…回転角度、L…レーザ光、R,R,S,S,S,S…端子

Claims (6)

  1. それぞれが複数枚のシート状コイルが積層された構造を有する複数のシート状積層コイル及び前記複数のシート状積層コイルを支持する支持体を有するステータと、
    前記ステータに対して回転自在に配設されたロータとを備えることを特徴とするレゾルバ。
  2. 請求項1に記載のレゾルバにおいて、
    各シート状積層コイルは、同一円周上に等分角度の位置に配置されていることを特徴とするレゾルバ。
  3. 請求項1又は2に記載のレゾルバにおいて、
    前記シート状積層コイルとして、励磁巻線用のシート状コイルと、出力巻線用のシート状コイルとが積層されたシート状積層コイルを備えることを特徴とするレゾルバ。
  4. 請求項3に記載のレゾルバにおいて、
    前記シート状積層コイルとして、前記励磁巻線用のシート状コイルと、前記出力巻線用のシート状コイルとがそれぞれ複数枚積層されたシート状積層コイルを備えることを特徴とするレゾルバ。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のレゾルバにおいて、
    前記シート状積層コイルを構成する各シート状コイルは、基材の表面に金属層が形成されたシートに、所定パターンでレーザ光を照射することにより形成されたシート状コイルであることを特徴とするレゾルバ。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のレゾルバにおいて、
    前記シート状積層コイルを構成する各シート状コイルは、スルーホールを用いて電気的に接続されていることを特徴とするレゾルバ。
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