JP5533578B2 - 回転角度位置検出装置及びその誤差検出方法 - Google Patents
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Description
特許文献1記載の従来例は、励磁信号が供給されたレゾルバから出力される3相電流信号を半固定抵抗によって構成される電流/電圧変換器で電圧信号に変換し、この電圧信号を3相/2相変換器でsin信号及びcos信号に変換し、さらにR/D変換器(レゾルバ・デジタル・コンバータ)でデジタル角度信号に変換し、このデジタル角度信号をCPUに供給して回転角位置信号を演算し、この回転角位置信号に基づいてDD(ダイレクトドライブ)モータを駆動するようにしている。
同様に、上記特許文献3に記載の従来例にあっては、上記特許文献2と同様に1相励磁2相出力型のレゾルバを対象としてAD変換手段から出力されるデジタル変換されたレゾルの2次側電圧を補正する補正手段の信号から補正パラメータを求めるようにしており、3相以上の多相出力型のレゾルバには適用できないとともに、その補正パラメータは2次側電圧に振幅調整ゲインを乗算する振幅調整と、2相の2次側電圧が90°の位相差となるように調整する位相調整と、オフセット調整とを行うもので、2相出力型のレゾルバに対しては有効であるが3相以上の多相出力型のレゾルバには応用できず、さらにはレゾルバの検出誤差は検出できるが検出回路の検出誤差を検出することはできないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易な構成でレゾルバから出力される多相出力信号に基づいて位置検出値を演算する位置信号演算部の検出誤差を求めることができる回転角度位置検出装置及びその誤差検出方法を提供することを目的としている。
この構成であれば、A相、B相及びC相の位置信号を出力する3相出力型のレゾルバにおいて、位置信号演算部の検出誤差を正確に検出することができる。
この構成によれば、検出誤差算出部で算出した位置信号演算部の検出誤差を補正データとして位置信号演算部で演算する位置検出信号を補正するので、検出誤差を抑制した位置信号演算部を構成することができる。
この構成によれば、検出誤差算出部で算出した位置信号演算部の検出誤差を、検出誤差算出部で計測した検出誤差から減算することにより、レゾルバ側の検出誤差を算出することができる。このレゾルバ側の検出誤差をレゾルバ側で補正しておくことにより、検出誤差を抑制したレゾルバを構成することができる。このため、レゾルバと位置信号演算部との互換性を確保することができ、レゾルバと位置信号演算部とを任意に組合せることができる。
この構成によれば、上述した回転角度位置検出装置と同様の作用を得ることができる。
同様に、誤差検出部で計測した検出誤差から検出誤差算出部で算出した位置信号演算部の検出誤差を減算することにより、レゾルバ側の検出誤差を算出することができ、このレゾルバ側の検出誤差でレゾルバのN相位置信号を補正することにより、検出誤差を抑制した高精度のレゾルバを構成することができる。
図1は絶対角度位置検出装置としての3相のアブソリュートレゾルバを装着した回転テーブル装置を示す断面図である。
回転テーブル装置10は、図1に示すように、上端を開放した円筒状の固定ケース体22と、この固定ケース体22にクロスローラ軸受14を介して回転自在に支持された回転テーブル12とで構成されている。そして、固定ケース体22に対する回転テーブル12の絶対角度位置を絶対角度位置検出装置を構成するアブソリュートレゾルバ30によって検出している。ここで、アブソリュートレゾルバ30およびクロスローラ軸受14は、回転テーブル装置10の半径方向内側からその順序で半径方向の同一平面上に配置されている。
内輪14aは、固定ケース体22の内壁体22aに軸方向に押圧された状態で固定されている。具体的には、固定ケース体22の内壁体22aの上端を内輪14aの下面に当接させ、内輪押え26の押圧部26bを内輪14aの上面に接触させ、内輪押え26をボルト26aで固定ケース体22の内壁体22aに締結することにより固定される。
なお、固定ケース体22は、ボルト24aにより固定板24に固定され、回転テーブル12は、例えば内壁体12aの内周面が後述するモータ40の回転軸の外周面に嵌合して回転駆動される。
そして、レゾルバロータ18は、ボルト18bにより回転テーブル12の内壁体12aの外周面に取り付けられている。一方、レゾルバステータ20は、ボルト20cにより固定ケース体22における内輪押え26の内周面に取り付けられ、内輪押え26と一体に固定ケース体22の内壁体22aの内周面側に固定されている。
図3は、1相励磁3相出力のアブソリュートレゾルバ30のレゾルバステータ20のコイルの配線構造を示す回路図である。
レゾルバステータ20は、環状部材の内周に等間隔で複数の極片20aと、各極片20aに巻装した3相のA相コイルLA、B相コイルLB及びC相コイルLCを備えている。
A〜C相コイルLA〜LCのそれぞれは、図2に示すように、レゾルバステータ20の内周面に120°間隔で巻装されている。
そして、A相コイルLA、B相コイルLB及びC相コイルLCのコイル部LA11、LB11及びLC11側の端部が互いに接続されて中性点が形成され、この中性点が接続端子COMに接続されている。
A相:φA=(ADC+AAC1sin(θ))sinωt ……(1)
B相:φB=(BDC+BAC1sin(θ+120°))sinωt ……(2)
C相:φC=(CDC+CAC1sin(θ+240°))sinωt ……(3)
ここで、ADC、BDC及びCDCはA相、B相及びC相に含まれる直流成分であり、AAC1sin(θ)、BAC1sin(θ+120°)及びCAC1sin(θ+240°)はA相、B相及びC相に含まれる1次の交流成分である。
また、後述するように発振器50から励磁信号の供給を受けて3相コイルLA〜LCのコイル部LA11〜LC18によりレゾルバ信号φA、φB及びφCが検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となる。
図4は、制御システムの構成を示すブロック図である。
制御システムは、図4に示すように、DDモータ40と、DDモータ40の回転軸の外周面に嵌合するアブソリュートレゾルバ30と、アブソリュートレゾルバ30から出力されるA相レゾルバ信号φA、B相レゾルバ信号φB及びC相レゾルバ信号φCに基づいて回転角度を検出する位置信号演算部としての中継装置200と、中継装置200で検出した回転角度に基づいてモータ40を制御するパワーアンプ300とを有して構成されている。
A相:VA=(ADC+AAC1sin(θ))sinωt …………(4)
B相:VB=(BDC+BAC1sin(θ+120°))sinωt……(5)
C相:VC=(CDC+CAC1sin(θ+240°))sinωt……(6)
ここで、AAC1sin(θ)、BAC1sin(θ+120°)およびCAC1sin(θ+240°)はA相、B相及びC相に含まれる1次(基本波)成分である。
CPU59は、R/D変換器58から出力されるデジタル角度信号φからDDモータ40の回転角度位置を演算してその回転角度位置信号をインバータ回路を含むモータ制御回路60に出力する。
すなわち、選択信号SL1及びSL2がともに論理値“0”であるときには、図4に示すように、スイッチ回路SWaのスイッチ部S1がオンに、スイッチ部S2及びS3がオフに制御され、スイッチ回路SWbのスイッチ部S2がオンに、スイッチ部S1及びS3がオフに制御され、スイッチ回路SWcのスイッチ部S3がオンに、スイッチ部S1及びS2がオフに制御される。
また、選択信号SL1が論理値“1”で且つ選択信号SL2が論理値“0”であるときには、スイッチ回路SWaのスイッチ部S2がオンに、スイッチ部S1及びS3がオフに制御され、スイッチ回路SWbのスイッチ部S3がオンに、スイッチ部S1及びS2がオフに制御され、スイッチ回路SWcのスイッチ部S1がオンに、スイッチ部S2及びS3がオフに制御される。
さらに、選択信号SL1が論理値“0”で且つ選択信号SL2が論理値“1”であるときには、スイッチ回路SWaのスイッチ部S3がオンに、スイッチ部S1及びS2がオフに制御され、スイッチ回路SWbのスイッチ部S1がオンに、スイッチ部S2及びS3がオフに制御され、スイッチ回路SWcのスイッチ部SステップS2がオンに、スイッチ部S1及びS3がオフに制御される。
信号切換回路61に供給される選択信号SL1及びSL2は、検出誤差算出部62から入力される。この検出誤差算出部62は、CPU等の演算処理装置を備えており、CPU59から出力される回転角位置信号が入力されているとともに、検出誤差検出開始スイッチSWsが設けられている。
次いで、ステップS5に移行して、検出誤差Error1の計測が完了したか否かを判定し、検出誤差Error1の計測が完了したか否かを判定し、計測が完了していないときには前記ステップS3に戻り、検出誤差Error1の計測が完了したときには、ステップS6に移行する。
次いで、ステップS9に移行して、検出誤差Error2の計測が完了したか否かを判定し、計測が完了していないときには前記ステップS7に戻り、計測が完了したときにはステップS10に移行する。
次いで、ステップS13に移行して、検出誤差Error3の計測が完了したか否かを判定し、計測が完了していないときには前記ステップS11に戻り、計測が完了したときには、ステップS14に移行して、計測した検出誤差Error1、Error2及びError3をもとに下記(10)式にしたがって平均値Errormを算出し、これを中継装置200すなわち位置信号演算部の検出誤差EcとしてRAM等のメモリ63に形成した所定記憶領域に記憶してからステップS15に移行する。
Error1=Er1+Ec
Er1=Rdc11+Rs11sinθ+Rc11cosθ+Rs12sin2θ
+Rc12cos2θ
Ec=Ddc1+Ds1sinθ+Dc1cosθ+Ds2sin2θ+Dc2cos2θ
…………(7)
ここで、Rdc11:レゾルバ側誤差波形の直流成分
Rs11:レゾルバ側誤差波形のSIN1次成分
Rc11:レゾルバ側誤差波形のCOS1次成分
Rs12:レゾルバ側誤差波形のSIN2次成分
Rc12:レゾルバ側誤差波形のCOS2次成分
Ddc1:位置信号演算部側誤差波形の直流成分
Ds1:位置信号演算部側誤差波形のSIN1次成分
Dc1:位置信号演算部側誤差波形のCOS1次成分
Ds2:位置信号演算部側誤差波形のSIN2次成分
DC2:位置信号演算部側誤差波形のCOS2次成分
Er2=Rdc21+Rs21sinθ+Rc21cosθ+Rs22sin2θ
+Rc22cos2θ
=Rdc11+Rs11sin(θ+120)+Rc11cos(θ+120)
+Rs12sin2(θ+120)+Rc12cos2(θ+120)
Ec=Ddc1+Ds1sinθ+Dc1cosθ+Ds2sin2θ+Dc2cos2θ
…………(8)
ここで、Rdc21:レゾルバ側誤差波形の直流成分
Rs21:レゾルバ側誤差波形のSIN1次成分
Rc21:レゾルバ側誤差波形のCOS1次成分
Rs22:レゾルバ側誤差波形のSIN2次成分
Rc22:レゾルバ側誤差波形のCOS2次成分
Er3=Rdc31+Rs31sinθ+Rc31cosθ+Rs32sin2θ
+Rc32cos2θ
=Rdc11+Rs11sin(θ+240)+Rc11cos(θ+240)
+Rs12sin2(θ+240)+Rc12cos2(θ+240)
Ec=Ddc1+Ds1sinθ+Dc1cosθ+Ds2sin2θ+Dc2cos2θ
…………(9)
ここで、Rdc31:レゾルバ側誤差波形の直流成分
Rs31:レゾルバ側誤差波形のSIN1次成分
Rc31:レゾルバ側誤差波形のCOS1次成分
Rs32:レゾルバ側誤差波形のSIN2次成分
Rc32:レゾルバ側誤差波形のCOS2次成分
=0+Ec …………(10)
となり、レゾルバ側の誤差が消え、回路側の誤差のみが得られる。
Er=Error1−Ec …………(11)
となり、レゾルバ側のみの誤差が得られる。
モータ制御回路60によって、モータ40が回転駆動されると、回転テーブル12に回転トルクが付与され、回転テーブル12が回転する。
このときに、アブソリュートレゾルバ30の3相コイルLA〜LCの中性点には、端子COMを介して中継装置200の励磁信号形成回路54から励磁信号sinωtが供給されている。このため、回転テーブル12と一体に回転するレゾルバロータ18との間のリラクタンス変化が検出され、3相コイルLA〜LCにおけるコイル部LA11〜LC18から3相検出電流でなるA相レゾルバ信号φA、B相レゾルバ信号φB及び中継装置200の入力端子tia、tib及びticにそれぞれ入力される。
次いで、R/D変換器58で移相器53から供給される発振器50から出力される励磁信号の位相を遅らせて3相/2相変換器57から出力されるSIN信号及びCOS信号のキャリア信号の位相と同期させたRef信号に基づいてSIN信号及びCOS信号をデジタル角度信号φに変換する。
ところで、通常状態では、アブソリュートレゾルバ30から出力されるA相レゾルバ信号φA、B相レゾルバ信号B及びC相レゾルバ信号Cには検出誤差Erを含んでいるとともに、中継装置200で算出される回転角度位置検出値にも中継装置200で発生する検出誤差Ecを含んでいる。
そこで、本実施形態では、DDモータ40をモータ制御回路60で回転駆動して、アブソリュートレゾルバ30からA相レゾルバ信号φA、B相レゾルバ信号φB及びC相レゾルバ信号φCが出力されている状態で、検出誤差算出部62の検出誤差検出開始スイッチSWsをオン状態とすることにより、前述した図5に示す検出誤差検出処理が実行される。
このとき、前述した(1)〜(3)式から明らかなように、検出誤差Error1に含まれるレゾルバ検出誤差Erに対して、検出誤差Error2に含まれるレゾルバ検出誤差Erの各信号成分が120度の位相差を有し、検出誤差Error3に含まれるレゾルバ検出誤差Erの各信号成分が240°の位相差を有することになる。
そして、算出した中継装置200を構成する回路の検出誤差Ecを例えば計測した検出誤差Errorから減算することにより、レゾルバ検出誤差Erを求めることができる。
Er=Error−Ec
=(Rdc11+RS11sinθ+RC11cosθ+RS12sin2θ+RC12cos2θ)
このように構成することにより、アブソリュートレゾルバ30と中継装置200との双方の検出誤差Er及びEcを略零とすることができ、アブソリュートレゾルバ30と中継装置200とを一対一で対応させる必要がなく、両者を任意に組合せることができ、メンテナンス時のアブソリュートレゾルバ30又は中継装置200の交換を行った場合でも、高精度を維持することができる。
この第2の実施形態は、本発明を互いに90度の位相差を有する4相レゾルバ信号を出力するレゾルバに適用したものである。
すなわち、第2の実施形態では、図8に示すように、レゾルバ30に4相のコイルがスター結線で巻装され、このレゾルバ30から出力される4相のレゾルバ信号φA、φB、φC及びφDが信号切換回路61を介して中継装置200の入力端子tia、tib、tic及びtidに入力されている。ここで、信号切換回路61は、前述した第1の実施形態における3相レゾルバ信号を順次シフトさせる場合と同様に、4相レゾルバ信号を順次4段階にシフトさせるように4つのスイッチ部を有する4つのスイッチ回路SWa〜SWdが設けられている。そして、各スイッチ回路SWa〜SWdのスイッチ部の切換えが選択信号SL1及びSL2を“00”、“10”、“01”及び“11”に切り換えることにより、4段階の切換えを行うようにしている。
また、選択信号SL1が“1”、SL2が“0”であるときには、入力端子tiaにB相レゾルバ信号φBが、入力端子tibにC相レゾルバ信号φCが、入力端子tcにD相レゾルバ信号φDが、入力端子tidにA相レゾルバ信号φAが入力される。
また、選択信号SL1が“1”、SL2が“1”であるときには、入力端子tiaにD相レゾルバ信号φDが、入力端子tibにA相レゾルバ信号φAが、入力端子tcにB相レゾルバ信号φBが、入力端子tidにC相レゾルバ信号φCが入力される。
このように、第2の実施形態によれば、4相のレゾルバ信号を出力するレゾルバ30についても、本発明を適用することができ、3相及び4相のレゾルバ信号を出力するレゾルバ30にかかわらず、5相以上の(360°/N)相で各相レゾルバ信号の総和が零となる多相出力型のレゾルバに本発明を適用することができる。
また、上記各実施形態においては、レゾルバステータ20の極片20bに極片歯20aを有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、極片歯20aを省略することもできる。
1極×12bit= 4,096⇒±1≒±316秒
80極×12bit=327,680⇒±1≒± 3,955秒
通常、電気回路のデジタル誤差を±1パルスと仮定した場合、中継装置を構成する検出回路側の誤差を±1パルスまで補正できることとなり、その検出誤差は上記のように極めて小さくなる。
12…回転テーブル
14…クロスローラ軸受
18…レゾルバロータ
20…レゾルバステータ
22…固定ケース体
30…アブソリュートレゾルバ
40…DDモータ
50…発振器
52…増幅器
53…移相器
56…電流/電圧変換器
57…3相/2相変換器
58…R/D変換器、
59…CPU
60…モータ制御回路
61…信号切換回路
62…検出誤差算出部
63,64…メモリ
200…中継装置
Claims (5)
- ロータの回転角に応じて360°/N(Nは3以上の整数)毎の位相差を有するN相の位置信号を出力するレゾルバと、
該レゾルバから出力されるN相位置信号が入力され、当該N相位置信号を信号処理して位置検出値を演算する位置信号演算部と、
前記レゾルバ及び前記位置信号演算部間と、当該位置信号演算部内との何れか一方に設けた前記N相位置信号の前記位置信号演算部のN相入力端子への入力を順次シフトさせたN段階に切換える信号切換回路と、
該信号切換回路で入力を切換える毎に、前記位置信号演算部から出力される位置検出値に基づいて検出誤差を計測し、計測した各検出誤差の平均値に基づいて前記位置信号演算部の検出誤差を算出する検出誤差算出部と
を備えたことを特徴とする回転角度位置検出装置。 - ロータの回転角に応じて120°の位相差を有するA相、B相及びC相の3相位置信号を出力するレゾルバと、
該レゾルバから出力される3相位置信号が入力され、当該3相位置信号を信号処理して位置検出値を演算する位置信号演算部と、
前記レゾルバ及び前記位置信号演算部間と、当該位置信号演算部内との何れか一方に設けた前記3相位置信号の前記位置信号演算部のA相、B相及びC相入力端子への入力をA相、B相及びC相、B相、C相及びA相、C相、A相及びB相の3段階に切換える信号切換回路と、
該信号切換回路で入力を切換える毎に、前記位置信号演算部から出力される位置検出値に基づいて検出誤差を計測し、計測した各検出誤差の平均値に基づいて前記位置信号演算部の検出誤差を算出する検出誤差算出部と
を備えたことを特徴とする回転角度位置検出装置。 - 前記検出誤差算出部で算出した位置信号演算部の検出誤差を補正データとして当該位置信号換算部で演算する位置検出信号を補正する信号補正部を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転角度位置検出装置。
- 前記検出誤差算出部で算出した位置信号演算部の検出誤差を、当該検出誤差算出部で計測した検出誤差から減算してレゾルバ側の検出誤差を求めるレゾルバ検出誤差検出部を備えていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の回転角度位置検出装置。
- ロータの回転角に応じて360°/N(Nは3以上の整数)毎の位相差を有するN相の位置信号を出力するレゾルバと、
該レゾルバから出力されるN相位置信号が入力され、当該N相位置信号を信号処理して位置検出値を演算する位置信号演算部とを有する回転角度位置検出装置の誤差検出方法であって、
前記位置信号演算部のN相入力端子への前記レゾルバからのN相位置信号を順次シフトさせてN段階に切換えて入力するステップと、
該N相位置信号を順次切換える毎に、前記位置信号演算部から出力される位置検出値に基づいて検出誤差を計測するステップと、
計測した各検出誤差の平均値に基づいて前記位置信号演算の検出誤差を算出するステップと
を備えたことを特徴とする回転角度位置検出装置の誤差検出方法。
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