JP2014106064A - 回転数検出装置 - Google Patents

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浩一 山▲崎▼
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Abstract

【課題】主電源の停電時において、副電源(バッテリ、二次電池等)による無停電対応を図り、停電時でのレゾルバの回転数検出が可能とし、かつ、マイコン相当の安価でかつ高い汎用性と、専用IC相当の低消費電流のデバイスの特長を生かした特有の構成の回転数検出装置の提供。
【解決手段】回転数検出装置27は、回転数検出部1Aのレゾルバ1Bと、周辺回路部17と、副CPLD8と、主CPLD20と、電源部26とから構成される。電源部26からは、電源部26の通電時には主電源22から副CPLD8と主CPLD20へと電力が供給され、電源部26の停電時には副電源11(バッテリ、二次電池等)から副CPLD8へと電力が供給される。なお、電源部26の通電時にはダイオード25を介して副CPLD8及び主電源の停電時に副電源から電力供給される回路部にも主電源22から電力が供給され副電源11の負荷電流を抑制している。
【選択図】図1

Description

本発明は、多品種少量の産業用機器等の用途において、主電源の停電時に副電源による無停電化によって機器の動作情報を保持し、機器の再起動時における不具合現象を低減する回転数検出装置に関し、特にレゾルバ及びCPLDを有した回転数検出装置に関する。
従来、主電源の開放時(又は停電時)に副電源(バッテリ、二次電池等)で駆動するレゾルバの回転数検出装置としては、例えば特許文献1のように、励磁巻線への通電方法を主電源の投入時(通電時)には正弦波で励磁し、主電源の開放又は停電時にはパルス励磁を行う励磁方式の切り替えを行うことによって副電源(バッテリ、二次電池)の消費電流を低減する方法が提案されていた。
また、例えば特許文献2のように、パルス励磁の励磁周期を低くすることにより副電源(バッテリ、二次電池)の消費電流を低減する方法が提案されていた。
また、例えば特許文献3では、停電時にはデジタル同期処理を行うマイコンを使わず、BRM(Binary Rate Multiplier)を使い励磁出力するサンプリングパルスを出力ことで開放時(又は停電時)の副電源の負荷電流を低減する方法が提案されていた。
マイコンを使った場合の回転数検出装置の従来例について、具体的に図2を使って説明する。従来の回転数検出装置53は、回転数検出部28Aのレゾルバ28Bと周辺回路部38とマイコン部45と電源部50とから構成される。電源部50は、投入時(通電時)には主電源46が電力供給を担う。
電源部50の開放(又は停電時)には副電源47が電力供給を担う。投入時(通電時)にはダイオード48を介して停電時の回路部にも電圧が供給され副電源47の放電による消耗を抑制する。レゾルバ28Bは一相励磁二相出力の型のレゾルバであり励磁巻線29に停電時はパルス励磁出力部33よりパルスが印加され、通電時には正弦波励磁出力が印加される。
主電源が投入時(通電時)であるか、主電源が開放時(又は停電時)であるかによって、励磁出力切替部32が、外部からの励磁信号51又はパルス励磁出力部33からのパルス励磁信号のいずれかを選択して、出力する。
レゾルバ28Bの出力巻線30・出力巻線31からの信号は位置検出部37によって回転位置を検出し、開放時(又は停電時)は、第2のパルス信号出力部39から出力された信号を第2の検出信号生成部34で位置検出部37からの信号を入力するタイミングを第2の回転判定部40に入力する。このようにして、第2の検出信号生成部34の入力信号のタイミングで第2の回転判定部40に取り込まれ、回転方向と一回転したかの有無について判定し、一回転していれば回転計測部44でカウントアップ、または、カウントダウンされる。
回転数については16ビットで計測され、図示していない上位コントローラに投入時(通電時)の第1の回転判定部43の回転数と加算され回転情報49として出力される。停電時は図示していない上位コントローラには電源が供給されていないので回転情報49は通電時のみ出力される。
通電時は、第1の回転判定部43からの回転数のアップ、またはダウンについて回転速度が高速になるのでパルス周期判定部42で信号を取り込むタイミングを速くしたり遅くしたりして、第1のパルス信号出力41で信号を出力し第1の検出信号生成部35で位置検出部37からの信号を入力するタイミングを第1の回転判定部43に入力する。
投入時(通電時)は、パルス励磁ではなく正弦波励磁になるため正電圧印加の検出位置信号のみを保持する必要があるため位置検出保持部36を備え位置検出信号の保持を行う。投入時(通電時)の第1の回転判定部43からの回転数と、開放時(又は停電時)の第2の回転判定部40について回転数計測部が加算計算し上位コントローラに回転情報49を送る。なお、外部からの励磁信号51には、正弦波信号を用いている。
特開昭63−214617号公報 特開平2−257003号公報 特開2004−226200号公報
しかしながら、上記の方法はマイコンを使っており汎用性があり入手性、コスト面で優位であるが、スリープモード以外の動作モードでは高い周波数で動くためマイコンの消費電流は大きく、電源の停電時の副電源(バッテリ、二次電池)による駆動には不向きである。
既知の例としては、動作モードにて、1000uA程度で動作する製品が多く、最新の製品でも500uA程度であり、マイコン以外の周辺回路にても電流消費があるため、100uA以下が希求されている。マイコンを動作モードで使う場合は、上述のとおり、消費電流が多く、副電源がバッテリ又は二次電池等である場合は、この用途には不向きである。
また、マイコンの代替えとして専用ICを使うことも可能である。しかしながら、専用ICは消費電流の低減が可能であるが、専用ICの開発費を低廉に償却できる程の大量生産であれば、コスト的課題は生じないが、そうではない場合は、開発費等の償却費が専用ICの単価に占める比率が過大となり、専用ICの価格は極めて高価となるため、生産者側においては経営的課題を招き、事業性に乏しい面があった。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、主電源の停電時において、副電源(バッテリ、二次電池等)による無停電対応を図り、停電時でのレゾルバの回転数検出が可能とし、かつ、マイコン相当の安価でかつ高い汎用性と、専用IC相当の低消費電流のデバイスの特長を生かした特有の構成の回転数検出装置を提供するものである。
第1の発明は、被検出体の回転軸に取り付けられる一相励磁二相出力型のレゾルバを含む回転数検出部と、
周辺回路部と、
主CPLDと、
副CPLDと、
少なくとも前記周辺回路部と前記主CPLDと前記副CPLDとに対して電力供給を担う電源部と、を含む回転数検出装置において、
前記電源部には、
主電源部と副電源部とを含み、
前記周辺回路部には、
前記レゾルバの出力巻線からの信号が入力される位置検出部と、
前記位置検出部からの検出信号の検出タイミングを決定する第1の検出信号生成部と、
前記位置検出部からの検出信号の検出タイミングを決定する第2の検出信号生成部と、
副CPLDからのパルス信号が入力されるパルス励磁出力部と、
前記レゾルバの励磁巻線へ外部からの励磁信号又は前記パルス励磁出力部からのパルス励磁信号のいずれかを選択して出力する励磁出力切替部と、
前記位置検出部からの信号を外部からの前記励磁信号に同期して保持する位置検出保持部とを含み、
前記主CPLDには、
前記位置検出保持部からの信号と前記第1の検出信号生成部からの信号とを比較し前記被検出体の回転軸が一回転したか否かを判定する第1の回転判定部と、
前記第1の回転判定部からの信号を受けて検出信号生成部の周期を調整するパルス周期判定部と、
前記パルス周期判定部からの信号を受けて前記第1の検出信号生成部への信号を出力する第1のパルス信号出力部と、
前記第1の回転判定部の結果により回転数をアップカウントまたはダウンカウントし、かつ、少なくとも前記励磁出力切替部が外部からの励磁信号をパルス励磁出力部からのパルス励磁信号へと選択を変えて出力されるときに前記副CPLDの第2の回転計測部からの回転情報を受信する第1の回転計測部とを含み、
副CPLDには、
前記位置検出保持部からの信号と前記第2の検出信号生成部からの信号とを比較し前記被検出体の回転軸が一回転したか否かを判定する第2の回転判定部と、
前記パルス励磁出力部へのパルス信号を出力する第2のパルス信号出力部と、
前記第2の回転判定部の結果により回転数をアップカウントまたはダウンカウントし、かつ、少なくとも前記励磁出力切替部が外部からの前記励磁信号をパルス励磁出力部からの前記パルス励磁信号へと選択を変えて出力するときに前記主CPLDの第1の回転計測部へと回転情報を送信する第2の回転計測部とを含む、
回転数検出装置である。
第2の発明は、第1の発明において、前記電源部の前記副電源部には二次電池を含む構成と、
前記電源部と前記電源部を商用電源へ電気的に接続する構成と、を含み、
前記電源部の主電源のみから、少なくとも前記周辺回路部と前記主CPLDと前記副CPLDとに対して電力供給のあるときは、
前記周辺回路部の励磁出力切替部は、外部からの励磁信号を選択して、これを前記回転数検出部のレゾルバの励磁巻線へと出力し、
一方、前記電源部の副電源のみから、少なくとも前記副CPLDに対して電力供給のあるときは、
前記周辺回路部の励磁出力切替部は、前記パルス励磁出力部からのパルス励磁信号を選択して、これを前記回転数検出部のレゾルバの励磁巻線へと出力する回転数検出装置である。
第3の発明は、第2の発明において、前記電源部の主電源から、少なくとも前記主CPLDに対して電力供給する構成と、
前記電源部の主電源及び副電源の両方から、前記副CPLDに対して電力供給する構成であり、前記主電源から前記副CPLDに対して電力供給のあるときは、前記副電源から前記副CPLDに対して電力供給はなく、一方、前記主電源から前記副CPLDに対して電力供給のないときは、前記副電源から前記副CPLDに対して電力供給される構成と、を含む回転数検出装置である。
第4の発明は、第2の発明において、前記電源部の主電源から、少なくとも前記主CPLDに対して電力供給する構成と、
前記電源部の主電源及び副電源の両方から、前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給する構成であり、前記主電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給のあるときは、前記副電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給はなく、一方、前記主電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給のないときは、前記副電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給される構成と、を含む回転数検出装置である。
以上のとおり、本発明の回転数検出装置は、被検出体の回転軸に取り付けられた一相励磁二相出力型のレゾルバと、前記レゾルバを含む回転数検出部に対して、主電源の停電の場合に副電源(バッテリ、二次電池等)により電源を供給し駆動する回転数検出装置において、前記副電源(バッテリ、二次電池等)による電源供給時に、レゾルバの励磁巻線にパルス励磁するための励磁出力部と、前記パルス励磁の周期に同期してレゾルバの二相の出力巻線から出力される二相のレゾルバ出力信号(90度位相差を有する二相のレゾルバ出力で、一つはsin波信号、もう一つはcos波信号)を比較し回転位置を検出する位置検出部と、主電源の停電の場合に駆動する回路規模の小さい副CPLDと、主電源の通電時の場合にのみ駆動する回路規模の大きい主CPLDを備え、前記副CPLD、主CPLD内には、前記位置検出部の位置状態の切り替わりの中で状態変化に対応しカウントアップまたはカウントダウンに対応の第1のカウンタ、第2のカウンタを各々備え、前記第1のカウンタのカウントアップ、カウントダウン信号入力時に前記励磁出力部の励磁周期をアップ、またはダウンするパルス周期判定部と、主電源を切った場合、前記主CPLDから副CPLDに回転情報を送信し、主電源の通電時の場合は副CPLDから主CPLDに停電時に回転した回転情報を送信する第1の回転情報通信部、第2の回転情報通信部を有する構成としたものである。
このように、本発明の回転数検出装置によれば、主電源の停電時において、副電源(バッテリ、二次電池等)による無停電対応を図り、主電源の停電時でのレゾルバの回転数検出が可能とである。そして、CPLDの特徴である、マイコン相当の安価さと、かつ高い汎用性と、専用IC相当の省消費電力性能とを生かした構成の回転数検出装置であるため、多品種少量の産業用機器等の用途においても機器の性能向上に貢献でき、産業的価値の大なるものである。
なお、上述のCPLDは、Complex Programmable Logic Deviceの略称であり、プログラマブルロジックデバイスの一種として、広く知られている。
本発明の回転数検出装置は、回路規模が小さく消費電流の小さい副CPLDと、回路規模が大きく消費電流の大きい主CPLDとを、停電時、通電時の各々の場合で使い分け、停電時は回路規模の小さい副CPLDを使うことで消費電流を小さくでき、通電時は回路規模の大きい主CPLDを使うことによって、通電時の機能追加にも対応が可能である。
本発明の回転数検出装置における回転数の情報については、停電時、通電時に副CPLDと主CPLD間で通信することで、正確な回転情報を上位の機器に送信することが可能である。
主CPLD及び副CPLDは、マイコン相当の汎用性があり入手性も高いため、専用ICを開発しなくとも停電時の回転数検出装置を実現できる。本発明の回転数検出装置は、主電源を切った停電時において副電源(バッテリ、二次電池)による駆動によってレゾルバの回転数検出が可能であり、マイコン相当の安価でかつ高い汎用性と、専IC相当の消費電流の低減が図れるため、多品種少量生産のケースの多い産業用機器等の用途においても安価なコストで機器の性能向上に貢献できる。
本発明の実施例1の構成を示す図 従来例の構成を示す図
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
本実施例1の回転数検出装置27は、回転数検出部1Aのレゾルバ1Bと、周辺回路部17と、副CPLD8と、主CPLD20と、電源部26とから構成される。電源部26からは、電源部26の通電時には主電源22から副CPLD8と主CPLD20へと電力が供給され、電源部26の停電時には副電源11(バッテリ、二次電池等)から副CPLD8へと電力が供給される。なお、電源部26の通電時にはダイオード25を介して副CPLD8及び主電源の停電時に副電源から電力供給される回路部にも主電源22から電力が供給され副電源11(バッテリ、二次電池等)の負荷電流を抑制している。
レゾルバ1Bは、一相励磁二相出力型のレゾルバである。このレゾルバの励磁巻線4に、電源の停電時にはパルス励磁出力部6よりパルス信号が印加され、電源の通電時には外部からの励磁信号52(正弦波信号)が印加される。主電源22が通電時であるか、主電源が停電時であるかによって、励磁出力切替部5が、外部からの励磁信号52又はパルス励磁出力部6からのパルス励磁信号のいずれかを選択して、出力する。
レゾルバ1Bの出力巻線2及び出力巻線3から出力される二相のレゾルバ出力信号(つまり、90度位相差を有する二相のレゾルバ出力で、一つはsin波信号、もう一つはcos波信号)が入力される位置検出部16によって回転位置の情報を含む信号を検出する。
主電源22の停電時においては、第2のパルス信号出力部9から出力された信号を第2の検出信号生成部7で位置検出部16からの信号を入力するタイミングを第2の回転判定部10に入力する。このようにして、第2の検出信号生成部7の入力信号のタイミングで第2の回転判定部10に取り込まれ、回転方向と一回転したか否かについて判定し一回転していれば第2の回転数計測部12でカウントアップ、または、カウントダウンされる。
主電源22の停電時の回転数については、主電源22の通電時の回転速度および回転数よりも非常に低いため、回転数については16ビットの半分以下のカウンタで計測する。主電源22の通電時の回転数については、主電源22の通電時のときから、主電源22の停電時へと変わったときに、主CPLD20から16ビットの情報を回転情報24Aとして受け取り記憶する。
主電源22の通電時には、主電源22の停電時のときに計測した第2の回転数計測部12の回転数と、主電源22の通電時のときから、主電源22の停電時へと変わったときに受け取った主CPLDの回転数を合わせて、主CPLD20の第1の回転数計測部21に回転情報24Bを出力し加算計算し、図示していない上位コントローラに主電源22の停電時の第1の回転判定部19の回転数と加算され回転情報23として出力される。
主電源22の停電時には、図示していない上位コントローラへも電源が供給されていないので回転情報23は通電時のみ出力される。主電源22の通電時においては、第1の回転判定部19からの回転数のアップ、またはダウンについて回転速度が高速になるのでパルス周期判定部13で信号を取り込むタイミングを速くしたり遅くしたりして、第1のパルス信号出力部14で信号を出力し第1の検出信号生成部15で位置検出部16からの信号を入力するタイミングを第1の回転判定部19に入力する。
通電時は、パルス励磁出力部6からのパルス励磁信号による励磁ではなく外部からの励磁信号52による励磁になるため正電圧印加の検出位置信号のみを保持する必要があるため位置検出保持部18を備え位置検出信号の保持を行う。通電時の第1の回転判定部19からの回転数と、停電時の第2の回転判定部10について第1の回転数計測部21が加算計算し上位コントローラに回転情報23を送る。また、本実施例における、外部からの励磁信号52には、正弦波信号を用いている。
なお、本実施例における主CPLD20の消費電流は、500uA程度となる。一方、副CPLD8の消費電流は、100uA程度となる。そして、本実施例においては、主電源22の通電時には、主電源22側から副電源11のバッテリや、二次電池等への充電がなされる構成を有する。なお、この副電源11のバッテリや、二次電池等への充電に関する構成については、図示していない。
本発明の回転数検出装置は、このように、本発明の回転数検出装置によれば、主電源の停電時において、副電源(バッテリ、二次電池等)による無停電対応を図り、主電源の停電時でのレゾルバの回転数検出が可能とである。そして、CPLDの特徴である、マイコン相当の安価さと、かつ高い汎用性と、専用IC相当の省消費電力性能とを生かした構成の回転数検出装置であるため、多品種少量の産業用機器等の用途においても機器の性能向上に貢献でき、産業的価値の大なるものである。
1A 回転数検出部
1B レゾルバ
2 出力巻線
3 出力巻線
4 励磁巻線
5 励磁出力切替部
6 パルス励磁出力部
7 第2の検出信号生成部
8 副CPLD
9 第2のパルス信号出力部
10 第2の回転判定部
11 副電源
12 第2の回転数計測部
13 パルス周期判定部
14 第1のパルス信号出力部
15 第1の検出信号生成部
16 位置検出部
17 周辺回路部
18 位置検出保持部
19 第1の回転判定部
20 主CPLD
21 第1の回転数計測部
22 主電源
23 回転情報
24A 回転情報
24B 回転情報
25 ダイオード
26 電源部
27 回転数検出装置
28A 回転数検出部
28B レゾルバ
29 励磁巻線
30 出力巻線
31 出力巻線
32 励磁出力切替部
33 パルス励磁出力部
34 第2の検出信号生成部
35 第1の検出信号生成部
36 位置検出保持部
37 位置検出部
38 周辺回路部
39 第2のパルス信号出力部
40 第2の回転判定部
41 第1のパルス信号出力
42 パルス周期判定部
43 第1の回転判定部
44 回転計測部
45 マイコン部
46 主電源
47 副電源
48 ダイオード
49 回転情報
50 電源部
51 外部からの励磁信号
52 外部からの励磁信号
53 回転数検出装置

Claims (4)

  1. 被検出体の回転軸に取り付けられる一相励磁二相出力型のレゾルバを含む回転数検出部と、
    周辺回路部と、
    主CPLDと、
    副CPLDと、
    少なくとも前記周辺回路部と前記主CPLDと前記副CPLDとに対して電力供給を担う電源部と、を含む回転数検出装置において、
    前記電源部には、
    主電源部と副電源部とを含み、
    前記周辺回路部には、
    前記レゾルバの出力巻線からの信号が入力される位置検出部と、
    前記位置検出部からの検出信号の検出タイミングを決定する第1の検出信号生成部と、
    前記位置検出部からの検出信号の検出タイミングを決定する第2の検出信号生成部と、
    副CPLDからのパルス信号が入力されるパルス励磁出力部と、
    前記レゾルバの励磁巻線へ外部からの励磁信号又は前記パルス励磁出力部からのパルス励磁信号のいずれかを選択して出力する励磁出力切替部と、
    前記位置検出部からの信号を外部からの前記励磁信号に同期して保持する位置検出保持部とを含み、
    前記主CPLDには、
    前記位置検出保持部からの信号と前記第1の検出信号生成部からの信号とを比較し前記被検出体の回転軸が一回転したか否かを判定する第1の回転判定部と、
    前記第1の回転判定部からの信号を受けて検出信号生成部の周期を調整するパルス周期判定部と、
    前記パルス周期判定部からの信号を受けて前記第1の検出信号生成部への信号を出力する第1のパルス信号出力部と、
    前記第1の回転判定部の結果により回転数をアップカウントまたはダウンカウントし、かつ、少なくとも前記励磁出力切替部が外部からの励磁信号をパルス励磁出力部からのパルス励磁信号へと選択を変えて出力されるときに前記副CPLDの第2の回転計測部からの回転情報を受信する第1の回転計測部とを含み、
    副CPLDには、
    前記位置検出保持部からの信号と前記第2の検出信号生成部からの信号とを比較し前記被検出体の回転軸が一回転したか否かを判定する第2の回転判定部と、
    前記パルス励磁出力部へのパルス信号を出力する第2のパルス信号出力部と、
    前記第2の回転判定部の結果により回転数をアップカウントまたはダウンカウントし、かつ、少なくとも前記励磁出力切替部が外部からの前記励磁信号をパルス励磁出力部からの前記パルス励磁信号へと選択を変えて出力するときに前記主CPLDの第1の回転計測部へと回転情報を送信する第2の回転計測部とを含む、
    回転数検出装置。
  2. 請求項1記載の回転数検出装置において、
    前記電源部の前記副電源部には二次電池を含む構成と、
    前記電源部と前記電源部を商用電源へ電気的に接続する構成と、を含み、
    前記電源部の主電源のみから、少なくとも前記周辺回路部と前記主CPLDと前記副CPLDとに対して電力供給のあるときは、
    前記周辺回路部の励磁出力切替部は、外部からの励磁信号を選択して、これを前記回転数検出部のレゾルバの励磁巻線へと出力し、
    一方、前記電源部の副電源のみから、少なくとも前記副CPLDに対して電力供給のあるときは、
    前記周辺回路部の励磁出力切替部は、前記パルス励磁出力部からのパルス励磁信号を選択して、これを前記回転数検出部のレゾルバの励磁巻線へと出力する回転数検出装置。
  3. 請求項2記載の回転数検出装置において、
    前記電源部の主電源から、少なくとも前記主CPLDに対して電力供給する構成と、
    前記電源部の主電源及び副電源の両方から、前記副CPLDに対して電力供給する構成であり、前記主電源から前記副CPLDに対して電力供給のあるときは、前記副電源から前記副CPLDに対して電力供給はなく、一方、前記主電源から前記副CPLDに対して電力供給のないときは、前記副電源から前記副CPLDに対して電力供給される構成と、を含む回転数検出装置。
  4. 請求項2記載の回転数検出装置において、
    前記電源部の主電源から、少なくとも前記主CPLDに対して電力供給する構成と、
    前記電源部の主電源及び副電源の両方から、前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給する構成であり、前記主電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給のあるときは、前記副電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給はなく、一方、前記主電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給のないときは、前記副電源から前記副CPLD及び前記周辺回路に対して電力供給される構成と、を含む回転数検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105509774A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 一种旋转变压器掉电计圈的方法及电路
JP2016085195A (ja) * 2014-10-29 2016-05-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 レゾルバの回転位置検出装置

Cited By (2)

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