JPH05207779A - 回転位置検出装置 - Google Patents

回転位置検出装置

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JPH05207779A
JPH05207779A JP4010272A JP1027292A JPH05207779A JP H05207779 A JPH05207779 A JP H05207779A JP 4010272 A JP4010272 A JP 4010272A JP 1027292 A JP1027292 A JP 1027292A JP H05207779 A JPH05207779 A JP H05207779A
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JP
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circuit
phase difference
pulse
rotational position
rotation
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JP4010272A
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Yasuaki Imai
康章 今井
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Canon Electronics Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイミング調整用に比較器のスレッショール
ドレベルをボリュームにて調整しないことで、調整工程
をなくすと共に部品点数を減らすことで、コスト低下と
小型、薄型化を計る。 【構成】 電磁回転機のロータ部の回転に同期して得る
第1及び第2パルス信号の位相差の周期性に基づいてロ
ータ部のステータ部に対する絶対的な回転位置を検出す
る回転位置検出回路の入力側に、前記第1及び第2パル
ス信号の位相差をある設定値以上に調整する位相自動調
整回路を設け、回転位置検出回路の誤動作を防止すると
共に、タイミング調整用の位相シフトを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばフロッピーディ
スクドライブ装置等に使われるモータ等の電磁回転機に
関し、特にその回転位置(インデックス位置)の検出回
路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特願平3−248914号等において、
モータの回転位置検出装置として、モータの回転体が1
回転する間に、互いに素の関係にあるパルス数を発生す
る2種類のパルス発生機構を設け、これらのパルスの位
相差を検出することにより回転位相を検出する回転位置
検出装置を提案した。
【0003】図面を参照の上で前記のモータ構成につい
て説明する。図3は特願平3−248914号にて開示
した3相ブラシレスモータの要部破断平面図であり、図
4は図3のX−X線の断面図である。このような従来の
ブラシレスモータでは3つの磁気回路、即ち、回転駆動
力を発生するための磁気回路、回転速度信号を発生する
ための磁気回路、回転磁界を発生するための磁気回路が
形成されている。
【0004】先ず、図4において3相ブラシレスモータ
の概略構成を述べると、基板7は鉄など磁性材料などか
らなり、中心に含油ベアリング9を圧入する。回転軸5
は軸固定部材6を介してロータヨーク4を一体に設けら
れており、さらに、含油ベアリング9上部に設けられた
ベアリング8のインナーレースと含油ベアリング9に嵌
着されており、ロータヨーク4、駆動マグネット1、速
度検出用マグネット2、等の一体物が基板7に対して自
在に回転する。
【0005】ロータヨーク4の外縁部には駆動マグネッ
ト1(図3)が固定されており、周知のように、駆動マ
グネット1に対して回転磁界を作用させる事によりロー
タヨーク4を回転駆動を行わせる。このために駆動マグ
ネット1は、図3に示すように、16極に半径方向に多
極着磁されると共に、ロータヨークの外縁部内側に固着
されている。
【0006】回転磁界を作用させるために、複数の駆動
コイル10がステータヨーク11の回りに捲着されて設
けられ、その一方、このステータヨーク11は回転軸5
の回りに放射状に複数形成されており、駆動コイルもヨ
ーク11上において周方向に複数分設けられている。こ
のステータヨーク11は、図示していないネジなどの固
定部材により鉄基板7上に固定されている。
【0007】以上の構成において、ステータヨーク11
は、駆動マグネット1、ロータヨーク4、駆動マグネッ
トヨーク3とともに閉磁気回路を形成している。尚、駆
動マグネット1が、ステータヨーク11の半径方向にこ
のヨーク11から離間して設けられているタイプのブラ
シレスモータを周対向型モータと呼ぶ。
【0008】図3、図4から明らかなように、この実施
例では、駆動コイルの駆動タイミングを検出するための
ホール素子を設けておらず、駆動コイルの逆起電圧から
励磁タイミングを検出している。この方法では、各相に
対応する逆起電圧のうち、1相分だけを利用して第1の
パルス信号(これをFG1と称する)を作成する。信号
FG1は回転位置検出信号を生成するために利用され
る。これについては後述する 更に、各相のコイル10の励磁タイミングを検出するた
めの複数の逆起電圧検出回路16U,16V,16Wが
ホール素子の代わりに構成されている(図5)。駆動マ
グネット1からの磁束密度の変化を逆起電圧検出回路1
6U,16V,16Wで検出し、マトリックス回路18
により、ステータ11のコイル10で発生させるべき磁
界の、回転する駆動マグネット1の磁界に対する位相差
が検出され、適切なタイミングで駆動コイルの各相に電
流が流されて回転磁界が発生させられる。この回転磁界
はロータ4を図3の矢印方向Aに回転させる。
【0009】一方、速度検出用マグネット2は、ロータ
ヨーク4の最外周縁部に固着されており、全部で120
極分が着磁されている。この速度検出用マグネット2と
対向する鉄基板7の表面部にはくし歯状の折曲げパター
ンの発電線素7aが銅パターンなどによりエッチング形
成されている。
【0010】以上の構成により、ロータヨーク4が回転
起動されると、発電線素よりロータヨーク4の回転速度
に応じた周波数の正弦波(これをFG2と称する)が発
生するので、不図示のコントロール回路により、定速回
転制御を行う。また、信号FG2は前述した信号FG1
と共に回転位置検出回路100に入力しロータ1回転に
1発の回転位置検出信号が作られる。
【0011】次に回転位置検出信号の生成方法を説明す
る。
【0012】まず、第1のパルス信号FG1の発生原理
を説明する。図5にコイル逆起電圧を検出する回路のブ
ロック図を示す。
【0013】コイル10U,10V,10WはY型結線
されており、他端は、SW1〜SW6により電源電圧
か、グラウンドか、またはオープンのいずれかに接続す
るように、マトリックス回路18の出力により制御され
る。ここで、SW1〜SW6は、出力回路のシンクトラ
ンジスタもしくはソーストランジスタに対応するもので
ある。
【0014】図6にコイルの通電モードを示す。本図に
おいて、横軸は時間、縦軸のプラス方向はソーストラン
ジスタがオン(SW2,4,6)、ゼロ点はオープンし
ていることを示す。通電方法は一般に120度通電と呼
ばれている方法であり、電気角において60度ずつ通電
していないとき(オープン)があり、この時がコイルの
逆起電圧を検出するタイミングとなる。
【0015】図7にコイル端子の電圧波形をしめす。こ
れは、図6において、逆起電圧検出回路16U,V,W
に入力する信号である。図7において正弦波成分が逆起
電圧であり、逆起電圧検出回路16U,V,Wにより二
値化される。本実施例ではW相コイル10Wの逆起電圧
の二値化信号を第1のパルス信号FG1として用いる。
【0016】図5に示すように、逆起電圧検出回路16
U,V,Wの出力はマトリックス回路18に入力し、励
磁タイミング信号を合成する。励磁タイミング信号によ
りコイルは通電されてモータは回転する。
【0017】次に、第2のパルス信号FG2の発生の原
理を説明する。
【0018】第2のパルス信号として、発電線素7aか
らの信号をコンパレータ17にて二値化したものを利用
する。また、この信号は速度制御回路(不図示)にも入
力し、モータを定速制御するためにも用いられる。
【0019】コンパレータ16W,17の出力は回転位
置検出回路100に入力されて、回転位置検出回路10
0から回転位置検出信号が出力される。
【0020】そこで、回転位置検出回路100の動作原
理を以下に説明する。
【0021】ロータヨーク4が1回転するときに、コイ
ル10Wの逆起電圧とコンパレータ16Wが生成するパ
ルスをP1、線素7aとコンパレータ17が生成するパ
ルスをP2とする。駆動マグネット1の着磁数がP1、
線素7aの線素数と速度検出用マグネット2の着磁数が
P2とそれぞれ規定する。パルス数P1とP2は最大公
約数が1(即ち、互いに素)となるように設定されてい
る。これは、コンパレータ16Wと17からの2つの出
力信号(FG1,FG2とする)の位相が合致したとき
に、回転位置検出回路100がインデックス信号を発生
するように構成していることに基づいている。
【0022】図9は、回転位置検出回路100の具体的
な回路図であり、この回路100はDラッチ101から
なる。このラッチ101のクロック入力端子には前記F
G1信号が入力され、データ入力端子にはFG2信号が
入力される。データ入力信号のデューティー比は1:1
であることが望ましい。そして、このラッチ回路の出力
が回転位置信号(インデックス信号)である。
【0023】図3に示すように、FG1信号は、駆動マ
グネット1の着磁数の16に対応して、ロータヨーク4
の1回転あたり8発のパルスを発生する。FG2信号は
速度検出用マグネット2の着磁数の130と発電線素部
7aの発電線素数の130に対応して65発である。図
8は、この条件の時の図9におけるクロック入力信号で
あるFG1、データ入力信号であるFG2、出力である
位置検出信号の波形を示す。
【0024】上記のように設定した場合は、信号FG1
の信号FG2に対する位相は図10に示すように、信号
FG2の1周期を360度とすると、信号FG1の各周
期毎に、信号FG1の立ち上がりタイミングは45度づ
つしだいに遅れていく。図8に示すように、信号FG1
と信号FG2がT1時点でラッチ101をセットする関
係にあったときに、180度おくれる半回転目(T5,
5発目)ではデータ入力信号がなくラッチ101はリセ
ットし、360度おくれる1回転目(T9,9発目)で
再びセットする。かくして、ラッチ101は1回転毎に
セット/リセットを繰り返す。
【0025】図11に上述した従来例を実現した回路例
を示す。増幅器102,103,104とコンパレータ
105が図5に示す逆起電圧検出回路16Wに相当し、
コイルの逆起電圧パルスを生成する。端子19はコイル
10Wに、20はコイル中点に接続している。端子21
には発電線素7aからの発電電圧を増幅した信号が入力
する。その増幅器106、コンパレータ107が図5に
おける増幅器17に相当する。
【0026】図11において、105,107の回路で
示すように、コンパレータ105,107のスレッショ
ールドレベルを調整しているが、これは、コイル位置と
発電線素とのズレ、回転速度検出用着磁パターンのズレ
や着磁強度のばらつき等により、信号FG1およびFG
2パルスのデューティー比やタイミングが変化し、Dラ
ッチ回路101のラッチミスが発生し、インデックスパ
ルスの誤パルスが発生する可能性があるため、コンパレ
ータ105,107のスレッショールドレベルをボリュ
ームにて調整することにより、ラッチ101のクロック
の位相は、ラッチ101のデータ入力の立ち上がりまた
は立ち下がりに対し、前記データ入力波形の1周期を3
60度とし、ロータヨークが1回転したときに、概略、
360/(2・P1)度以上離れているように設定し、
ラッチミスを防ぐことができる。
【0027】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の従来の回転位置検出方法によると、以下のような問
題点があった。即ち、 1)クロックのタイミング調整用にコンパレータのスレ
ッショールドレベルをボリュームにて調整するため、そ
のボリュームが占有するスペースのため、モータの小型
化および薄型化がしにくい。また、調整工程があるため
コストが高くなるという問題点がある。
【0028】そこで、本発明は上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ボリュー
ムのいらない、また、調整工程も必要の無い、部品点数
と組立工数が減らされた低コストで、小型/薄型の電磁
回転機を提案する。
【0029】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明による電磁回転機の回転位
置検出装置は、パルス信号FG1とパルス信号FG2の
位相差を検出し、ラッチ101のクロックの位相は、ラ
ッチ101のデータ入力の立ち上がりまたは立ち下がり
に対し、前記データ入力波形の1周期を360度とし、
ロータヨークが1回転したときに、概略、360/(2
・P1)度以上離れているように設定することによって
作用するスレッショールドレベルの自動調整回路を具備
するものである。
【0030】前記自動調整回路は、パルス信号FG1の
エッジからパルス信号FG2のエッジまでの位相差の、
1回転中での最小値を検出する第1の位相差検出回路
と、パルス信号FG2のエッジからパルス信号FG1の
エッジまでの位相差の、1回転中での最小値を検出する
第2の位相差検出回路と、前記第1の位相差検出回路の
出力と前記第2の位相差検出回路の出力との差を、パル
ス信号FG1またはFG2の二値化回路のスレッショー
ルドレベルに加算または減算するフィードバック回路か
ら構成される。
【0031】
【作用】本発明によれば、第1及び第2のパルス信号F
G1及びFG2の位相差にもとづくスレッショールドレ
ベルの自動調整回路を付加することにより、ボリューム
やその調整工程を省けるので、電磁回転機自体の小型お
よび薄型化を実現する事ができ、更に、コストダウンを
実現する。
【0032】
【実施例】以下添付図面を参照しながら、本発明を、回
転位置検出装置を有したスピンドルモータに適用した実
施例を説明する。装置の構成 図1にスレッショールドレベルの自動調整回路のブロッ
ク図を示す。FG1パルスからFG2パルスまでの位相
差の最小値を検出する第1の位相差検出回路300aの
出力とFG2パルスからFG1パルスまでの位相差の最
小値を検出する第2の位相差検出回路300bからの出
力とを増幅器110により差動増幅した後、図11に示
したコンパレータ105の非反転入力端子に抵抗111
を介して加算している。この実施例によれば、図11に
示すすべてのボリューム108,109,112,11
3,114,115は固定抵抗に置き換えることがで
き、その電圧値を適切な値に設定することにより、自動
調整回路は正常に動作する。 動作 第1の位相差検出回路300aに付いて説明すると、F
G1パルスは三角波発生回路301のセットリセット端
子に入力する。FG1パルスのエッジ入力が三角波を発
生させる。三角波発生回路は第1及び第2FGパルスの
位相差を波高値に変換するもので、その出力は第1のサ
ンプルホールド回路302に入力し、FG2パルスのエ
ッジで三角波をサンプルホールドする。ここで、FG2
パルスの立ち上がりエッジからFG1パルスの立ち上が
りエッジまでの位相差(または時間差)がサンプルホー
ルド回路302の出力Qに出力する。これは、図10に
おいて、FG2信号の立ち上がりパルスであるT′1か
ら、FG1信号の立ち上がりパルスT1からT8までの
どれか1つのパルスまでの位相差をサンプルホールドし
たことに対応する。第1のサンプルホールド回路302
の出力は第2のサンプルホールド回路303に入力する
が、以下に説明する回路を用いて、第1のサンプルホー
ルド回路302で検出したFG2パルスからFG1パル
スまでの位相差の内、最小値、即ち、図10において、
T′1からT1までの位相差のみを選択する。
【0033】第2のサンプルホールド回路303は、検
出した最小値をホールドするためのもので第1のサンプ
ルホールド回路302の出力が次のタイミングでサンプ
ルホールドした電圧の方が小さい場合だけサンプルホー
ルドする。この動作は図中に示すように、前記第1及び
第2のサンプルホールド回路の出力を比較するコンパレ
ータ306、Dラッチ回路305、インバータ308,
310,311、オア307により達成される。第2の
サンプルホールド回路303の出力は、ロータ1回転に
つき1回の割合で第3のサンプルホールド回路304に
サンプルホールドされ、前述した差動増幅器110に入
力する。
【0034】第3のサンプルホールド回路304のクロ
ックはプリセッタブルカウンタ116のボロウ出力によ
り生成され、インバータ312を介して、第3のサンプ
ルホールド回路304のクロックに入力する。また、前
記第2のサンプルホールド回路303をリセットするた
め、カウンタ116のボロウ出力はアンド309に入力
し、ロータ1回転に1回毎に第2のサンプルホールド回
路303をリセットする。カウンタ116のプリセット
値は8であり、FG1パルスがロータ1回転につき8発
パルスを発生するので、ロータ4の1回転につき1回ボ
ロウ信号を出力する。
【0035】第2の位相差検出回路も同様の動作を行
い、その出力は差動増幅器110に入力する。第2の位
相検出回路300bは、図10において、T8からT′
2までの位相差を検出する。
【0036】T′1からT1までの位相差である第1の
位相差検出回路300aの出力と、T8からT′2まで
の位相差である第2の位相差検出回路300bの出力
は、それぞれ差動増幅器110の反転入力端子と非反転
入力端子に入力し、積分された後、FG1信号の二値化
回路であるコンパレータ105の非反転入力端子に抵抗
111を介して入力する。これは、コンパレータ105
のスレッショールドレベルを変化させることに対応し、
FG1の立ち上がりまたは立ち下がりパルスのタイミン
グを変化させる。すなわち、図10において、T1から
T8までのパルスのタイミング(位相)が一様に変化す
ることであり、これは、コンパレータ105のスレッシ
ョールドレベルを抵抗112と113を用いて適切に設
定する事により、また、抵抗111を介して差動増幅器
110の出力(T′1からT1までの位相差とT8から
T′2までの位相差の差)をコンパレータ105のスレ
ッショールドレベルにフィードバックすることにより、
FG1パルスとFG2パルスの位相差ができるだけ大き
く設定できる自動調整の方法を提供できることを意味す
る。
【0037】
【他の実施例】上記実施例は本発明の趣旨を逸脱しない
範囲で変形が可能である。
【0038】図2は三角波発生回路とサンプルホールド
回路の代わりにカウンタとDラッチ回路を用いて構成し
た例を示すブロック図である。装置の構成 FG2パルスからFG1パルスまでの位相差の最小値を
検出する第1の位相差検出回路400aの出力とFG1
パルスからFG2パルスまでの位相差の最小値を検出す
る第2の位相差検出回路400bとの出力を減算器11
7により減算した後、DA変換を通してアナログ信号に
変換した後、図11に示したコンパレータ105の非反
転入力端子に抵抗111を介して加算している。この実
施例によれば、図11に示すすべてのボリューム10
8、109、112、113、114、115は固定抵
抗に置き換えることができ、その電圧値を適切な値に設
定することにより、自動調整回路は正常に動作する。動作 第1の位相差検出回路400aに付いて説明すると、F
G2パルスは第1のカウンタ401のセットリセット端
子に入力する。第1のカウンタのクロックには1MHz
の基準信号が入力している。第1のカウンタ401の出
力は第1のDラッチ回路402に入力し、FG1パルス
のエッジで第1のカウンタ401の出力をDラッチす
る。第1のDラッチ回路402はFG2パルスとFG1
パルスとの位相差をカウント値としてラッチするもの
で、その出力は第2のDラッチ回路403に入力する。
【0039】第2のDラッチ回路403は、第1のDラ
ッチ回路402のクロックの半周期あとのタイミングで
ラッチする。そのクロックはインバータ407にFG1
パルスを入力して作られる。第1および第2のDラッチ
出力は減算器404により比較され、その出力は二値化
され、マルチプレクサ405のコントロール端子に入力
する。マルチプレクサ405は、第1および第2のDラ
ッチ出力の小さい方を第3のDラッチ出力406のデー
タ端子に出力する。第3のDラッチ回路406はFG1
パルスを遅延回路408,409で遅延した信号の立ち
上がりでラッチする。その出力はFG2パルスからFG
1パルスまでの位相差の最小値として、前述した減算回
路117へ入力する。
【0040】第3のDラッチ回路406のクロックはプ
リセッタブルカウンタ116のボロウ出力と前述したF
G1パルスの遅延信号とのアンド410をとり、また、
プリセッタブルカウンタ116のボロウ出力は第1およ
び第2のDラッチ回路を、ロータ1回転に1回毎にリセ
ットする。
【0041】第2の位相差検出回路400bも同様の動
作を行い、その出力は減算器117に入力する。
【0042】以上説明した回転位置検出回路では、FG
2信号としてコイルに逆起電圧を用いていたが、FG2
パルス信号として、駆動タイミング検出用のホール素子
の出力や、第2の発電線素からの発電信号でも良い。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電磁
回転機の回転位置検出装置は、FGパルス生成のための
コンパレータ回路にスレッショールドレベルの自動調整
回路を付加することにより、ボリュームやその調整工程
を省けるので、電磁回転機自体の小型および薄型化を実
現する事ができ、更に、コストダウンを実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回転位置検出装置のための第1実
施例のブロック図。
【図2】本発明による回転位置検出装置のための第2実
施例のブロック図。
【図3】従来技術による3相ブラシレスモータの構造を
説明する平面図。
【図4】図3のモータ部分断面図。
【図5】第1のパルス信号FG1と、第2のパルス信号
FG2を検出し、駆動タイミング信号と位置検出信号を
作成する方法を説明するためのブロック図。
【図6】コイルの通電モードを説明するためのタイミン
グチャート。
【図7】コイルに発生する逆起電圧と第1のパルス信号
FG1との関係を示す図。
【図8】図9の回路により発生される回転位置検出信号
と、第1及び第2パルス信号FG1,FG2との関係を
示すタイミングチャート。
【図9】従来技術による回転位置検出回路100の構成
を示す図。
【図10】FG1とFG2の位相関係を説明するタイミ
ングチャート。
【図11】従来技術による回転位置検出回路の回路図。
【符号の説明】
1 駆動マグネット 2 回転速度検出用マグネット 4 ロータヨーク 7a 発電線素部 100 回転位置検出回路 300a,b,400a,b 位相差検出回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータ部とステータ部とから成る電磁回
    転機における前記ロータ部の駆動マグネットの回転時
    に、駆動マグネットが発生する磁界変化を検出するか、
    または、前記ステータ部の回転磁界発生手段側に発生す
    る逆起電圧を検出して、等間隔な第1パルス信号を発生
    する第1パルス発生手段と、 前記ロータ部の回転に同期して回転する磁場を発生する
    磁性体を具備してなり、前記ロータの1回転につき該磁
    性体が生成する磁場変化を検出して、等間隔な第2パル
    ス信号を発生する第2パルス発生手段と、 前記駆動マグネットと、前記ロータ部の回転に同期して
    回転する磁場を発生する磁性体とは、前記第1及び第2
    パルス信号のロータの1回転当たりのパルス数P1,P
    2が共にmを最大公約数とする自然数に設定されてお
    り、 前記第1及び第2パルス信号の位相差をある設定値以上
    に調整する自動調整回路と、 前記自動調整回路に接続され、入力される第1及び第2
    パルス信号の位相差に基づいて前記ロータ部のステータ
    部に対する絶対的な回転位置を示す位置信号を1回転あ
    たりm個発生する回転位置検出回路とを具備することを
    特徴とする回転位置検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の自動調整回路は、第1パ
    ルス信号のエッジから第2パルス信号のエッジまでの位
    相差の、1回転中での最小値を検出する第1の位相差検
    出回路と、第2パルス信号のエッジから第1パルス信号
    のエッジまでの位相差の、1回転中での最小値を検出す
    る第2の位相差検出回路と、前記第1の位相差検出回路
    の出力と前記第2の位相差検出回路の出力との差を、第
    1または第2パルス信号の二値化回路のスレッショール
    ドレベルに加算または減算するフィードバック回路から
    構成されることを特徴とする回転位置検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の第1または第2の位相差
    検出回路は、それぞれ、第1または第2パルス信号のエ
    ッジによりセットリセットされる三角波発生回路と、第
    2または第1パルス信号のエッジにより前記三角波の値
    をサンプルホールドする第1のサンプルホールド回路
    と、1回転中のホールド値の最小値を検出するための、
    第2、第3のサンプルホールド回路、カウンタ、コンパ
    レータ、等により構成されることを特徴とする回転位置
    検出装置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の第1または第2の位相差
    検出回路は、それぞれ、第1または第2パルス信号のエ
    ッジによりセットリセットされるカウンタ回路と、第2
    または第1パルス信号のエッジにより前記カウンタの値
    をラッチする第1のDラッチ回路と、1回転中のカウン
    タの値の最小値を検出するための、第2、第3のDラッ
    チ回路、カウンタ、等により構成されることを特徴とす
    る回転位置検出装置。
JP4010272A 1991-07-05 1992-01-23 回転位置検出装置 Pending JPH05207779A (ja)

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