JP4039996B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
この種の回転角度検出装置として、回転体の回転角度の他に、回転角度のインデックス(指標)も同時に検出するものが知られている。
この図15に示される磁石J1 は、回転体に取り付けられるものであり、外周に回転角度を検出する回転角着磁部αが設けられており、その内周にインデックス信号発生/停止用のインデックス着磁部βが複数設けられている。
なお、インデックス着磁部βの回転方向において信号を発生させない部分をインデックス非着磁部β’と称す。このインデックス非着磁部β’は、着磁されていない部分である(公知技術ではない:特許文献1参照)。
ここで、回転角磁束密度検出素子は、N極の磁束密度が閾値(例えば、0.9〜5mT)よりも大きくなると回転角信号(ON信号)を発生し、S極の磁束密度が閾値(例えば、−0.9〜−5mT)よりもS極側に大きくなると回転角信号を停止するものとして説明する。また、インデックス磁束密度検出素子も、N極の磁束密度が閾値(例えば、0.9〜5mT)よりも大きくなるとインデックス信号(ON信号)を発生し、S極の磁束密度が閾値(例えば、−0.9〜−5mT)よりもS極側に大きくなるとインデックス信号を停止するものとして説明する。
ここで、インデックス磁束密度検出素子がインデックス着磁部βと対向する角度範囲(図14中Aに示す範囲)でN極が通過する時のみにインデックス信号(ON信号)を発生し、インデックス着磁部βのS極およびインデックス非着磁部β’の対向範囲ではインデックス信号を発生しないことが要求される。
インデックス信号を発生する閾値が図14(b)中の破線の範囲内で設定されるとすると、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲(図14中Bに示す範囲)においても、隣接する回転角着磁部αのN極の磁束影響を受けてインデックス信号(ON信号)を発生し、誤動作する可能性がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲において、隣接する回転角着磁部の磁極の影響を受けてインデックス信号を誤って発生する不具合のない回転角度検出装置の提供にある。
請求項1の手段を採用する回転角度検出装置の回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極(N極またはS極の一方)と回転角信号停止用の極(N極またはS極の他方)とが繰り返し設けられるものであり、インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極(N極またはS極の一方)の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極(N極またはS極の他方)が設けられるものである。
そして、インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットして設けられたものである。
即ち、インデックス磁束密度検出素子にN極の磁束を与えた時にインデックス信号を発生する場合は、インデックス着磁部をS極側にオフセットしたものであり、インデックス磁束密度検出素子にS極の磁束を与えた時にインデックス信号を発生する場合は、インデックス着磁部をN極側にオフセットしたものである。
すると、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲にあるとき、インデックス信号停止用の極からインデックス磁束密度検出素子に放出される磁束が大きくなり、回転角着磁部からインデックス磁束密度検出素子に与えられるインデックス信号を発生する極(例えば、N極)が打ち消される。
このため、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲にあるとき、隣接する回転角着磁部の磁極の影響を受けてインデックス磁束密度検出素子がインデックス信号を誤って発生する不具合を無くすことができる。
請求項2の手段を採用する回転角度検出装置は、インデックス着磁部に、インデックス信号停止用の極側にオフセット着磁を施し、その後に回転角着磁部とインデックス着磁部に、信号発生用の極および信号停止用の極の着磁を施すことで、インデックス着磁部をオフセットするものである。
請求項3の手段を採用する回転角度検出装置は、回転角着磁部およびインデックス着磁部が凸形の島に設けられ、この島のみに着磁が施されたものである。
請求項4の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転体の回転軸方向に着磁面を向けて配置されるものであり、外周側に回転角着磁部が配置され、その内周側にインデックス着磁部およびインデックス非着磁部が配置されるものである。
このように、回転体の回転軸方向に磁石や磁束密度検出素子(回転角磁束密度検出素子、インデックス磁束密度検出素子)が配置されるため、回転体を内蔵する機器(例えば、回転機等)の径方向寸法の大径化を阻止できる。
請求項5の手段を採用する回転角度検出装置の回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、磁石は、ロータを構成するロータコアに接合して設けられるものである。
このように、回転角度検出装置が回転機の内部に搭載されるため、回転角度検出装置を搭載した回転機を小型化できる。
回転角磁束密度検出素子は、N極あるいはS極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を発生し、N極あるいはS極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を停止するものである。
インデックス磁束密度検出素子は、N極あるいはS極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を発生し、N極あるいはS極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を停止するものである。
回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極と回転角信号停止用の極とが繰り返し設けられるものであり、インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極が設けられるものである。
そして、インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットされる。
この実施例1は、自動変速機のシフトレンジ切替装置(パーキング切替機構の切替装置を含む)において切り替えのための動力を発生する電動機に搭載される回転角度検出装置に本発明を適用したものであり、まずシフトレンジ切替装置を説明する。
シフトレンジ切替装置は、回転式アクチュエータ1(図2参照)によって、車両用自動変速機2(図3参照)に搭載されたシフトレンジ切替装置3(パーキング切替装置4を含む:図4参照)を切り替えるものである。
回転式アクチュエータ1は、シフトレンジ切替装置3を駆動するサーボ機構として用いられるものであり、同期電動機5(以下、電動機と称す)と内接噛合遊星歯車減速機6(以下、減速機と称す)によって構成される。なお、図2の右側をフロント(あるいは前)、左側をリヤ(あるいは後)としてこの実施例1を説明する。
電動機5を図2、図5を参照して説明する。
この実施例1の電動機5は、永久磁石を用いないSRモータ(スイッチド・リラクタンス・モータ)であり、回転自在に支持されるロータ11と、このロータ11の回転中心と同軸上に配置されたステータ12とで構成される。
なお、フロント転がり軸受15は、減速機6の出力軸17の内周に配置されたものであり、減速機6の出力軸17はフロントハウジング18の内周に配置されたメタルベアリング19によって回転自在に支持されている。つまり、ロータ軸13の前端は、フロントハウジング18に設けられたメタルベアリング19→出力軸17→フロント転がり軸受15を介して回転自在に支持される。
一方、リヤ転がり軸受16は、リヤハウジング20によって支持されるものである。
ステータコア21は、薄板を多数積層して形成されたものであり、リヤハウジング20に固定されている。このステータコア21には、内側のロータコア14に向けて30度毎に突設されたステータティースが設けられており、各ステータティースのそれぞれにはコイル22A〜22Lが巻回されている。ここで、コイル22A、22D、22G、22JがU相であり、コイル22B、22E、22H、22KがV相であり、コイル22C、22F、22I、22LがW相である。
減速機6を図2、図6〜図8を参照して説明する。
減速機6は、ロータ軸13に設けられた偏心部25を介してロータ軸13に対して偏心回転可能な状態で取り付けられた外歯歯車26(インナーギヤ:サンギヤ)と、この外歯歯車26が内接噛合する内歯歯車27(アウターギヤ:リングギヤ)と、外歯歯車26の自転成分のみを出力軸17に伝達する伝達手段28とを備える。
外歯歯車26は、上述したように、中間転がり軸受31を介してロータ軸13の偏心部25に対して回転自在に支持されるものであり、偏心部25の回転によって内歯歯車27に押しつけられた状態で回転するように構成されている。
内歯歯車27は、フロントハウジング18に圧入、図示しない爪部の係合、および図示しない爪部のカシメ等の手段によって固定されるものである。
複数の内ピン35は、外歯歯車26のフロント面に突出する形で設けられている。
複数の内ピン穴34は、出力軸17の後端に設けられたフランジ33に設けられており、内ピン35と内ピン穴34の嵌まり合いによって、外歯歯車26の自転運動が出力軸17に伝えられるように構成されている。
このように設けられることにより、ロータ軸13が回転して外歯歯車26が偏心回転することにより、外歯歯車26がロータ軸13に対して減速回転し、その減速回転が出力軸17に伝えられる。なお、出力軸17は、シフトレンジ切替装置3のコントロールロッド45(後述する)に連結される。
なお、この実施例1とは異なり、複数の内ピン穴34を外歯歯車26に形成し、複数の内ピン35をフランジ33に設けて構成しても良い。
シフトレンジ切替装置3を図4を参照して説明する。
シフトレンジ切替装置3(パーキング切替装置4を含む)は、上述した減速機6の出力軸17によって切り替え駆動されるものである。
自動変速機2における各シフトレンジ(例えば、P、R、N、D)の切り替えは、油圧コントロールボックス41に設けられたマニュアルスプール弁42を適切な位置にスライド変位させることによって行われる。
ディテントプレート46は、半径方向の先端(略扇形状の円弧部)に複数の凹部46aが設けられており、油圧コントロールボックス41に固定された板バネ47が凹部46aに嵌まり合うことで、切り替えられたシフトレンジが保持されるようになっている。
ピン48は、マニュアルスプール弁42の端部に設けられた溝49に係合しており、ディテントプレート46がコントロールロッド45によって回動操作されると、ピン48が円弧駆動されて、ピン48に係合するマニュアルスプール弁42が油圧コントロールボックス41の内部で直線運動を行う。
逆方向にコントロールロッド45を回転させると、ピン48がマニュアルスプール弁42を油圧コントロールボックス41から引き出し、油圧コントロールボックス41内の油路がP→R→N→Dの順に切り替えられる。つまり、自動変速機2のレンジがP→R→N→Dの順に切り替えられる。
この円錐部52は、自動変速機2のハウジングの突出部53とパークポール44の間に介在されるものであり、コントロールロッド45を図4中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると(具体的には、R→Pレンジ)、ディテントプレート46を介してパークロッド51が図4中矢印B方向へ変位して円錐部52がパークポール44を押し上げる。すると、パークポール44が軸44bを中心に図4中矢印C方向に回転し、パークポール44の凸部44aがパークギヤ43の凹部43aに係合し、パーキング切替装置4のロック状態が達成される。
回転角度検出装置60を図1、図2、図9〜図13を参照して説明する。
上述した回転式アクチュエータ1には、そのハウジング(フロントハウジング18+リヤハウジング20)内に、ロータ11(回転体に相当する)の回転角度を検出する回転角度検出装置60が搭載されている。この回転角度検出装置60によってロータ11の回転角度を検出することにより、電動機5を脱調させることなく高速運転することが可能になる。
また、ロータコア14から磁石61に対する磁力の影響が小さい時は、磁石61をロータコア14に直接接合する。これによって部品点数を低減でき、コストを抑えることができる。
磁束密度検出素子62と対向する面(後面)における着磁について説明する。
図9に示されるように、磁石61の後面外周側には、回転方向に回転角信号発生/停止用の多極着磁が施された回転角着磁部αが設けられており、その内周に隣接して、回転方向にインデックス信号発生/停止用のインデックス着磁部βと、信号発生に関わらないインデックス非着磁部β’が設けられている。
インデックス着磁部βは、複数相(U,V,W相)のコイルの通電が一巡する周期(45度間隔)でインデックス信号(以下、Z相信号)を発生させるためのものであり、45度間隔でZ相信号発生用のN極が7.5度ピッチで着磁され、その回転方向の両脇にS極が7.5度ピッチで着磁された24極部(Z相センシング部)である。
インデックス非着磁部β’は、インデックス着磁部βとインデックス着磁部βの間(回転方向の間)にあって、Z相信号を発生させない部分である。
なお、第1、第2回転角磁束密度検出素子62A、62Bは、相対角度が3.75度(電気角で90度)ズレて設けられており、結果的にA相信号とB相信号が相対角度で3.75度(電気角で90度)ズレるようになっている。
フィルム基板65には、金属板64に触れない面に複数の回路パターン65aがプリント技術によって形成されている。基板63の上には、磁束密度検出素子62(62A、62B、62Z)の他に、ノイズフィルタ用のコンデンサ66等が実装されるものであり、各電気部品は各回路パターン65aと電気的に接続される。一方、各回路パターン65aの端は、リヤハウジング20内に設けられたターミナル端子(図示しない)と電気的に接続される。なお、ターミナル端子は、外部接続用コネクタに接続されるものである。
具体的には、ホール素子に与えられるN極側の磁束密度が閾値を超えた際(例えば、ホール素子に与えられる磁束が0.9〜5mTを超えた際)にON信号を発生し、ホール素子に与えられるS極側の磁束密度が閾値を超えた際(例えば、ホール素子に与えられる磁束が−0.9〜−5mTをマイナス側に超えた際)にON信号を停止するものである。
さらに具体的に説明する。
第1回転角磁束密度検出素子62Aは、回転角着磁部αから第1回転角磁束密度検出素子62Aに与えられるN極側の磁束密度が閾値を超えた際(0.9〜5mTを超えた際)にA相信号(ON信号)を発生し、回転角着磁部αから第1回転角磁束密度検出素子62Aに与えられるS極側の磁束密度が閾値を超えた際(−0.9〜−5mTをマイナス側に超えた際)にA相信号を停止するものである。
第2回転角磁束密度検出素子62Bは、回転角着磁部αから第2回転角磁束密度検出素子62Bに与えられるN極側の磁束密度が閾値を超えた際(0.9〜5mTを超えた際)にB相信号(ON信号)を発生し、回転角着磁部αから第2回転角磁束密度検出素子62Bに与えられるS極側の磁束密度が閾値を超えた際(−0.9〜−5mTをマイナス側に超えた際)にB相信号を停止するものである。
インデックス磁束密度検出素子62Zは、インデックス着磁部βからインデックス磁束密度検出素子62Zに与えられるN極側の磁束密度が閾値を超えた際(0.9〜5mTを超えた際)にZ相信号(ON信号)を発生し、インデックス着磁部βからインデックス磁束密度検出素子62Zに与えられるS極側の磁束密度が閾値を超えた際(−0.9〜−5mTをマイナス側に超えた際)にZ相信号を停止するものである。
A相信号およびB相信号は、相対角度3.75度(電気角で90度)の位相差を持った出力信号であり、実施例1ではロータ11が15度回転する毎にA相信号とB相信号がそれぞれ1周期出力されるように構成されている。
Z相信号は、ロータ11が45度回転する毎に1回ずつ出力されるモータ通電切替用のインデックス信号であり、このZ相信号によって電動機5の通電相と、A相、B相の相対位置関係を定義できる。
ECU70を図3を参照して説明する。
ECU70は、乗員によって操作されるレンジ操作手段(図示しない)、回転角度検出装置60によって検出されるロータ11の回転角度等に基づいて電動機5の回転を制御し、減速機6を介して駆動されるシフトレンジ切替装置3を切替制御するものである。
ロータ11が回転すると、第1回転角磁束密度検出素子62Aまたは第2回転角磁束密度検出素子62Bに付与される磁束密度が、図14(a)に示されるように交互に変わる。
一方、回転角着磁部αの内周側に隣接してインデックス着磁部βが設けられているため、従来構造の磁石J1 (符号、図15参照)を用いた場合、ロータ11が回転すると、インデックス磁束密度検出素子62Zに付与される磁束密度が、図14(b)に示されるように変わる。
そして、インデックス磁束密度検出素子62Zがインデックス着磁部βと対向する角度範囲(図14中Aに示す範囲)でインデックス着磁部βのN極が通過する時のみにインデックス信号(ON信号)を発生し、インデックス着磁部βのS極およびインデックス非着磁部β’の対向範囲ではインデックス信号を発生しないことが要求される。
しかし、従来構造の磁石J1 (符号、図15参照)を用いた場合では、インデックス磁束密度検出素子62Zがインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲(図14中Bに示す範囲)においても、隣接する回転角着磁部αのN極の磁束を受けてインデックス信号(ON信号)を発生(誤動作)する可能性がある。
ここで、インデックス着磁部βをS極側にオフセットする具体的な一例を説明する。
先ず、インデックス着磁部βの島の全体をS極に着磁する(オフセット着磁)。
次に、「回転角着磁部α」および「インデックス着磁部β」だけに「回転角信号発生用と回転角信号停止用」および「インデックス信号発生用とインデックス信号停止用」の着磁を施す。この2つの着磁工程によって、インデックス着磁部βをS極側にオフセットできる。
なお、磁石61の内周に設けた凹部61bは、信号発生用着磁を行う際の位置決めのためのものである。
即ち、図14中Bに示す範囲において、インデックス磁束密度検出素子62Zに回転角着磁部αのN極が接近しても、磁束が強化されたインデックス着磁部のS極によってインデックス磁束密度検出素子62Zに与えられる磁束の磁極がS極に保たれる。
このため、インデックス磁束密度検出素子62Zがインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲において、隣接する回転角着磁部αの磁極の影響を受けてインデックス信号(ON信号)を誤って発生する不具合が無い。この結果、自動変速機2のシフトレンジ切替装置3(パーキング切替装置4を含む)が誤動作や作動不良を発生する不具合を回避できる。
上記の実施例1のインデックス磁束密度検出素子62Zは、N極が付与されるとインデックス信号(ON信号)を発生し、S極が付与されるとインデックス信号を停止する例を用いて説明したが、S極が付与されるとインデックス信号(ON信号)を発生し、N極が付与されるとインデックス信号を停止するように設けても良い。その場合は、インデックス着磁部βをN極側に磁束密度をオフセットするものである。
また、上記の実施例1の回転角磁束密度検出素子(第1、第2回転角磁束密度検出素子62A、62B)は、N極が付与されると回転角信号(ON信号)を発生し、S極が付与されると回転角信号を停止する例を用いて説明したが、S極が付与されると回転角信号(ON信号)を発生し、N極が付与されると回転角信号を停止するように設けても良い。
また、上記の実施例1では、回転体(ロータ11)の軸方向に着磁面が向けられる例を示したが、回転体(例えば、ロータ11)の外周面に着磁面を向けても良い。その場合は、回転体(例えば、ロータ11)の外周側に回転角磁束密度検出素子(例えば、第1、第2回転角磁束密度検出素子62A、62B)やインデックス磁束密度検出素子62Zが配置されるものである。
上記の実施例1では、回転角磁束密度検出素子を2つ(第1、第2回転角磁束密度検出素子62A、62B)用いる例を示したが、1つ、あるいは3つ以上用いても良い。
なお、回転角磁束密度検出素子を複数用いる場合は、それぞれの回転角磁束密度検出素子の相対角度に所定角度のズレを設けて、回転角度の検出ピッチを小さくすることが望ましい。
また、上記の実施例1で開示した材質や数字(角度を含む)等も、説明のための一例であって、本発明が実施例1に開示した材質や数字等に限定されるものではなく、使用する目的などに応じて適宜変更可能なものである。
上記の実施例1では、本発明をシフトレンジ切替装置3の回転式アクチュエータ1の内部においてロータ11の回転角度を検出する回転角度検出装置60に適用した例を示したが、本発明は回転体の回転角度を検出する装置に適用可能なものであり、他の用途の回転体の回転角度を検出するように設けても良い。
11 ロータ(回転体)
14 ロータコア
60 回転角度検出装置
61 磁石
62A 第1回転角磁束密度検出素子
62B 第2回転角磁束密度検出素子
62Z インデックス磁束密度検出素子
α 回転角着磁部
β インデックス着磁部
β’ インデックス非着磁部
Claims (5)
- 回転体と一体に回転し、回転方向に回転角信号発生/停止用の多極着磁が施された回転角着磁部が設けられるとともに、この回転角着磁部に隣接し、回転方向にインデックス信号発生/停止用のインデックス着磁部と信号を発生させないインデックス非着磁部が設けられた磁石と、
前記回転角着磁部から与えられるN極あるいはS極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を発生し、N極あるいはS極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を停止する回転角磁束密度検出素子と、
前記インデックス着磁部から与えられるN極あるいはS極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を発生し、N極あるいはS極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を停止するインデックス磁束密度検出素子と、
を備える回転角度検出装置において、
前記回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極と回転角信号停止用の極とが繰り返し設けられるものであり、
前記インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極が設けられるものであり、
前記インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットして設けられたことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1に記載の回転角度検出装置において、
前記インデックス着磁部に、インデックス信号停止用の極側にオフセット着磁を施し、その後に前記回転角着磁部と前記インデックス着磁部に、信号発生用の極および信号停止用の極の着磁を施すことで、前記インデックス着磁部をオフセットすることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の回転角度検出装置において、
前記回転角着磁部および前記インデックス着磁部が凸形の島に設けられ、この島のみに着磁が施されたことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記磁石は、前記回転体の回転軸方向に着磁面を向けて配置されるものであり、外周側に前記回転角着磁部が配置され、その内周側に前記インデックス着磁部および前記インデックス非着磁部が配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、
前記磁石は、前記ロータを構成するロータコアに接合して設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
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