JPH05211747A - ロータ位置、回転数および/または回転方向検出用装置を有する電動モータ - Google Patents

ロータ位置、回転数および/または回転方向検出用装置を有する電動モータ

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JPH05211747A
JPH05211747A JP92226830A JP22683092A JPH05211747A JP H05211747 A JPH05211747 A JP H05211747A JP 92226830 A JP92226830 A JP 92226830A JP 22683092 A JP22683092 A JP 22683092A JP H05211747 A JPH05211747 A JP H05211747A
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magnetic
electric motor
motor according
field sensing
conducting member
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JP92226830A
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Thomas Bertolini
ベルトリーニ トーマス
Kurt Schindler
シンドラー クルト
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/66Structural association with auxiliary electric devices influencing the characteristic of, or controlling, the machine, e.g. with impedances or switches
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストの低い、また後から装着することので
きる、ロータ位置、回転数および/または回転方向検出
用装置を有する電動モータを提供する。 【構成】 少なくとも1つの磁界検知素子(18〜2
3;25;39)は、ロータ位置に依存する磁束の変動
を検出するためにモータの固定子に設けられており、当
該磁界検知素子(18〜23;25;39)の信号を評
価するために電子手段(32)が設けられているように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項1の上位概念に
よる、少なくとも1つの磁界検知素子を有する、ロータ
位置、回転数および/または回転方向検出用装置を有す
る、例えば永久磁石励磁型電動モータに関する。
【0002】
【従来の技術】電動モータの多数の使用に対して、ロー
タ位置、回転数および/または回転方向を検出すること
は、例えば自動車の電動的に駆動される窓昇降機または
サンルーフにおいて、効果的な挟み込み保護を実現する
ために必要である。そのために例えばEP−A−O 3
59853またはUS−PS4857784から、電動
モータのシャフトに半径方向に磁化された交互の極性を
有するポールホイールを配置することが公知である。そ
の際、回転の際に交番する固定子での磁界がホール素子
ないしホール素子により検出され、この信号が電子評価
回路で回転数情報のために評価される。この信号の計数
によりさらに、位置決め駆動での位置検出が実現され得
る。この公知の装置の欠点は、ポールホイールが付加的
構造コストをもたらし、また後からの装着は構造的理由
からほぼ除外されることである。さらに付加的ポールホ
イールは重量および容積を増大させ、電動モータのコス
トを上昇させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上記欠
点を回避し、コストの低い、また後から装着することの
できる、ロータ位置、回転数および/または回転方向検
出用装置を有する電動モータを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、少なくとも1つの磁界検知素子がロータ位置に依存
する磁束の変動を検出するためにモータの固定子に設け
られており、当該磁界検知素子の信号を評価するために
電子手段が設けられているように構成して解決される。
【0005】発明の利点 請求項1の構成を有する本発明の電動モータは、電動モ
ータの構造を変化させずに、僅かなコストでロータ位
置、回転数および/または回転方向検出用装置を設ける
ことができるという利点を有する。そのためには実質的
に磁界検知素子、例えばホール素子といずれにしても必
要な評価回路が必要なだけである。その際素子の装着個
所は種々に選択できる。そのため存在する電動モータの
それぞれの構造的条件を考慮することができる。これに
より電動モータは回転数検出を行うものでも行わないも
のでも、実質的に同じ構造的構成で製造することができ
る。例えば両方の場合に対して同じ規格電機子を使用す
ることができる。モータに後からロータ位置、回転数お
よび/または回転方向検出機能を装備することも容易に
可能である。
【0006】従属請求項に記載された手段により、請求
項1に記載された電動モータの有利な実施形態が可能で
ある。
【0007】磁界検知素子は種々の仕方で、固定子の磁
気ヨークの内部または外部に設けることができる。内部
に設ける場合は比較的に高い有効信号振幅が達成され、
一方外部に設ける場合は後からの装備が容易であり、モ
ータをいじる必要がない。
【0008】磁界検知素子を設けるためには種々の手段
がある。例えば2つの磁極の間に設けることは有利であ
り、その際磁界検知素子は磁極に隣接して磁気ヨークの
内部に配置することができる。磁極が永久磁石磁極とし
て構成され、保持ばねにより磁気ヨークに保持されるな
らば、磁界検知素子は保持ばねに隣接するか、または磁
極の保持ばねのない個所に直接当接することができる。
さらに、磁界検知素子を2つの磁極の間の角度領域に、
この磁極に対して軸方向でずらして配置することができ
る。磁極の一方の軸方向端面の領域、かつ磁気ヨーク内
部またはこの磁気ヨークから僅かに距離をおいて設ける
ことができる。磁気ヨークの外部に設ける場合は、磁極
間の個所が特に有利である。しかし磁極ギャップの中央
は適しない。なぜなら場合により、電機子磁界の作用が
所望の信号に不利に影響するからである。
【0009】磁界検知素子は有利には、ホール素子また
は磁気コイルとして構成することができる。有効信号を
高めるためにはこの磁界検知素子を、磁気ヨーク内で磁
束に対するバイパスを形成する導磁部材に配置すると有
利である。
【0010】磁気コイルとして構成した場合には、この
磁気コイルは導磁部材を取り囲んで把持する。この構成
によっては単に回転数および/または回転方向の識別が
可能なだけである。というのは磁気コイルは元々、磁束
変化しか検出できないからである。ホール素子として構
成した場合は、このホール素子は導磁部材またはこれの
部分領域と磁気的に直列に配置される。これは最適な有
効信号を得るためである。この場合はモータの静止状態
でロータ位置の識別も可能である。
【0011】ホール素子として構成された場合、次のよ
うに構成すると簡単でコストがかからず、構造的にも有
利な構成が得られる。すなわちホール素子を、磁気ヨー
クと、U字状または保持アーム状に構成された導磁部材
の一方の端部との間に配置し、この導磁部材の他方の端
部が磁気ヨークと直接結合されるように構成するのであ
る。ホール素子を貫通する磁界を高めるために、有利に
はホール素子を少なくとも部分的に磁気ヨークに埋め込
んで配置する。
【0012】別の構造的に有利な構成では、ホール素子
を導磁部材の2つの部分間に配置し、この部分がそれぞ
れ磁気ヨークに当接するようにするのである。2つの部
分およびホール素子は有利には、クリップまたはクリッ
プ状のスリーブよりまとめられる。その際導磁部材全体
を張力バンドまたはプラスチックスリーブにより磁気ヨ
ークに固定する。
【0013】磁気特性を最適化するために、導磁部材は
強磁性の薄板材料からなることができる。
【0014】回転方向を検出するためには、2つの磁界
検知素子を周方向に相互にずらして配置した装置が適し
ている。そのために有利にはこれら素子は、軸方向に対
して斜めに延在する、磁気ヨーク内の溝に配置すること
ができる。
【0015】本発明の実施例が図面に示されており、以
下詳細に説明する。
【0016】
【実施例】図1および図2に示された電動モータは永久
磁石励磁型直流モータとして構成されている。鉢状の磁
極管状体10(図2では実質的に丸い横断面に2つの対
向する扁平な面11、12を有する)には、2つの丸い
領域に、相互に対向して2つの永久磁石13、14が磁
極として配置されている。磁極は2つのU字状の磁石保
持ばね15、16によりその位置に保持される。永久磁
石13、14の間には模式的に図示したロータ17が回
転可能に支承されている。図1では簡単に図示するため
にロータ17は省略してある。同様に簡単化のため、直
流モータでは通常の整流子およびこれに弾性的に当接す
るブラシは図示されていない。というのはこれらは本発
明とは関係ない公知の構成だからである。
【0017】2つの永久磁石13、14は相互に異なる
形状を有する。従い、永久磁石13の磁石保持ばね1
5、16に当接する端面は実質的に半径方向に延在し、
一方相応する永久磁石14の磁石保持ばね15、16に
当接する端面は実質的に、扁平面11、12に対して垂
直に延在する。簡単に図示するため2つの選択的構成は
1つの図面に示されているが、2つの永久磁石はモータ
の実際の実現構成では同じように構成される。
【0018】図1および図2に示した電動モータでは6
つのホール素子18〜23が磁極管状体10の内部に配
置されている。磁極管状体は電動モータの磁気ヨークを
構成する。図示された5つの位置は選択的なものであ
る。すなわち実際の実施例では、図示の位置の1つをと
る1つのホール素子のみが設けられる。例えばホール素
子18〜21が磁極管状体10の扁平面11、12の内
部に配置される場合、ホール素子18は磁石保持ばね1
5の比較的に長いアームに当接し、またホール素子19
は永久磁石13に直接当接する。というのは図1のこの
位置では、磁石保持ばね16の比較的に短いアームはこ
のホール素子19の位置まで達していないからである。
相応してホール素子20は永久磁石14の端面に直接当
接する。一方ホール素子21は磁石保持ばね16の比較
的に長いアームまで達するだけである。
【0019】ホール素子22は磁極管状体10の開放端
部を指す、永久磁石13の端面領域に、磁極管状体10
から距離を置いて配置されている。磁極管状体10の別
の構成ではこれを丸く構成することもできる。これは破
線の丸い磁極管状体領域24により示されている。ホー
ル素子23はその際、永久磁石13、14の間で、この
磁極管状体領域24の内部に設けられ、この永久磁石1
3、14に関して軸方向にずらされてい、図1に示すよ
うに突出している。
【0020】このような磁極管状体ないし磁極ケーシン
グに配置されたホール素子による回転数検出の原理は、
磁極管状体の磁気飽和によって磁束の僅かな一部が空隙
路を介してこの磁極ケーシング外に延在する、なぜなら
鉄はこの場合理想磁気導体ではもはやないからである、
ということである。この周辺磁束は磁気センサにより検
出することができる。従いここに示した実施例では、周
辺磁束の通常方向のホール素子により検出される。ロー
タが回転する際にはモータの総磁束に僅かな変動が発生
する。この変動はロータの溝によるものである。電機子
回転数が一定の際のこの周期的磁束変動はホール素子に
より検出される。磁石のエッジ領域では特に振幅が大き
く、時間的周期的磁束変動は磁極ギャップで同様に特に
良好に検出することができる。電機子磁束全体に相応し
て、漂遊磁束の振幅も相応に変動する。図1および図2
に示したホール素子18〜23の位置では、発生する磁
束変動が特に大きい。
【0021】アナログホール素子を使用する際には、こ
れにより得られる測定信号が直流成分を含み得ることに
注意しなければならない。この直流成分は所望の交流成
分よりもはるかに大きい。磁気コイルは直流成分のない
測定信号を送出する。しかしその信号振幅は回転数に線
形に依存する。しかし電子的信号評価によりこの問題は
容易に克服できる。冒頭に述べた従来の技術と同様に、
通常は小さな信号振幅が電子的に、TTLレベルの矩形
信号に処理される。電動モータが既にモータ制御または
回転数制御のためにいずれにしろ電子回路を有している
ならば、所要の付加コストは実質的に無視できる。得ら
れた測定信号の周波数は、“回転数周波数×ロータの溝
数”の積に相応する。従って、電動モータの回転数に対
する尺度である。
【0022】図3に示した別の実施例の場合、ホール素
子25は磁極管状体10の一方の扁平面11の外部、か
つ2つの永久磁石13、14の間に配置されている。磁
極管状体10の外側に設けることによって、電動モータ
に回転数検出用装置を容易に後から装備することができ
る。外部領域では漂遊磁束がかなり弱いため、U字状に
構成された導磁部材26が設けられている。この導磁部
材は一方の端部領域を以て磁極管状体10に、他方の端
部領域を以てホール素子25に当接している。これによ
り、外側空間を延在する磁束に、磁気抵抗の少ない経
路、すなわち磁気的に有利な経路が提供される。磁気導
通部材26は磁極管状体10の磁束に対してバイパスを
形成する。ホール素子25を磁気導通部材26の端部領
域と磁極管状体10との間に配置する構成により、ホー
ル素子25がたとえ磁極管状体10に対して接線方向に
配置されても、ホール素子25は垂直方向に磁束に曝さ
れる。ホール素子25は導磁部材26に対して磁気的に
直列に配置される。ホール素子25を通る磁束は矢印に
より示されている。
【0023】図4に示された実施例では、ホール素子2
5は磁極管状体10の扁平面11の外側の凹部27に配
置されている。この凹部27からホール素子は僅かに突
出している。クランク上に曲げられた薄板として構成さ
れた保持アーム状の導磁部材28は、外側を指して突出
するホール素子25の周縁面を磁極管状体10の外面と
結合する。これにより図3の実施例と同様の作用が得ら
れる。ホール素子25の電気接続部29は線路30およ
びソケット接続部を介して回転数を再生するための電子
評価回路に接続されている。これは図1および図2に関
連して既に説明したのと同様である。装置全体を損傷に
対して保護し固定するために、プラスチックスリーブ3
3は、導磁部材28、ホール素子25および線路30を
取り囲んで把持する。その際図示していないが、ソケッ
ト接続部31はこのプラスチックスリーブ33の外側に
配置される。このプラスチックスリーブ33は例えばプ
ラスチックの射出成形または鋳造により製造することが
できる。ホール素子25の第2の電気接続部はアース接
続により達成される。しかし第2の電気接続部を第1の
電気接続部29に従って設けることもできる。
【0024】図5に示された別の実施例では、2つに分
割された導磁部材34が磁極管状体10の扁平面11の
外側に配置されている。導磁部材34の2つの別個の領
域の間にはホール素子25が配置されている。導磁部材
34の2つの翼状領域の、ホール素子25とは反対側の
端部領域は磁極管状体10に当接する。それにより磁気
的バイパス磁束がここでもホール素子25を垂直に貫通
する。クリップ状スリーブとしても構成し得るクリップ
35は外部から導磁部材34を取り囲んで把持する。導
磁部材は34は実質的に三角形の横断面を有しており、
クリップ35は終端側で導磁部材34の凹部36へ係止
する。これにより導磁部材34、ホール素子25および
クリップ35は前もって組み込み可能なユニットを構成
する。このユニットは張力バンド37によって磁極管状
体10の外側へ押圧することができる。導磁部材34
の、磁極管状体ないし磁極スリーブの方向へ斜めに延在
する領域により、この構成は丸い磁極管状体に対して適
する。
【0025】もちろん磁極管状体10の内部に配置され
たホール素子にも導磁部材および/または別個のプラス
チックスリーブを設けることができる。これは図3から
図5に示した、外部に配置されたホール素子に対する構
成と同様である。
【0026】回転方向検出を行うことができるようにす
るためには、2つのホール素子25が必要である。これ
らホール素子は周方向に相互にずらされて配置されてお
り、例えば1周期内で90゜電気的にずらされている。
図6は電動モータの磁極管状体10の外側を示す。外側
には溝38が小さな角度だけ軸方向に対してずらして設
けられている。この溝38に2つのホール素子25が収
容される。n個の溝を有するモータでは1電機子回転の
際にn周期が発生するから、2つのホール素子は、 α
=(360゜/n)/4 だけ相互にずらされなければならない。このずれは磁極
管状体を斜めに延在する溝の相応の構成により調整する
ことができる。もちろんこのホール素子25に導磁部材
を設けることもできる。簡単な実施例では、ホール素子
は溝38なしで磁極管状体10の外側またはその内側に
配置することもできる。ロータの回転の際に形成される
時間的周期的に変動する漂遊磁界は時間的にずれて順次
2つのホール素子25で検出され、それにより回転方向
の配属が可能である。
【0027】ホール素子に対して選択的に、周期的漂遊
磁界を磁気コイル39によって検出することもできる。
この磁気コイルは図7に示すように磁極管状体10の扁
平面11に配置される。磁気コイル39に対しては別の
位置を選択することもできる。これは前記の実施例に示
されている。同様に2つの磁気コイルを図6に相応して
回転方向検出のために設けることができる。磁気コイル
39はまた導磁部材上に配置することができる。この導
磁部材はバイパスとして2つの端部領域を以て磁極管状
体10に当接し、導磁部材は磁気コイル39により取り
囲まれて把持される。このような導磁部材40は模式的
に破線で図7に示してある。
【0028】前記のロータ位置、回転数および/または
回転方向検出の構成は、もちろん永久磁石励磁型直流モ
ータでの適用に制限されるものではなく、回転運動によ
り漂遊磁界変化が磁気ヨークに発生するすべての電動モ
ータにおいて適用することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明により、コストの低い、また後か
ら装着することのできる、ロータ位置、回転数および/
または回転方向検出用装置を有する電動モータが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】回転数および位置検出のためのホール素子を設
けるための種々の選択的手段を有する電動モータの縦断
面図である。
【図2】図1に示された電動モータの線A−Aに沿った
横断面図である。
【図3】図1に示した電動モータの磁極管状体の一部を
示す模式図である。
【図4】磁極管状体の凹部にホール素子を配置した実施
例の模式図である。
【図5】2つに分割した導磁部材を有する実施例の模式
図である。
【図6】斜めの溝にホール素子が配置された実施例も模
式図である。
【図7】磁極管状体に回転数検出のための磁気コイルを
配置した実施例の模式図である。
【符号の説明】
10 磁極管状体 11、12 扁平面 13、14 永久磁石 15、16 磁石保持ばね 17 ロータ 18〜23、25 ホール素子 26、28、34、40 導磁部材 27 凹部 29 電気接続部 30 線路 33 プラスチックスリーブ 35 クリップ 37 張力バンド 38 溝 39 磁気コイル
フロントページの続き (72)発明者 クルト シンドラー ドイツ連邦共和国 アーヘルン−エンスバ ッハ イム エックグルント 11

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの磁界検知素子を有す
    る、ロータ位置、回転数および/または回転方向検出用
    装置を有する、例えば永久磁石励磁型電動モータにおい
    て、 前記少なくとも1つの磁界検知素子(18〜23;2
    5;39)は、ロータ位置に依存する磁束の変動を検出
    するためにモータの固定子に設けられており、 当該磁界検知素子(18〜23;25;39)の信号を
    評価するために電子手段(32)が設けられていること
    を特徴とする、ロータ位置、回転数および/または回転
    方向検出用装置を有する電動モータ。
  2. 【請求項2】 前記磁界検知素子(18〜23;25;
    39)は、固定子の磁気ヨーク(10)の内部または外
    部に設けられている請求項1記載の電動モータ。
  3. 【請求項3】 前記磁界検知素子(18〜23;25;
    39)は、2つの磁極(13、14)の間に配置されて
    いる請求項2記載の電動モータ。
  4. 【請求項4】 前記磁界検知素子(18〜23)は、磁
    極(13、14)に隣接して磁気ヨーク(10)の内部
    に配置されている請求項3記載の電動モータ。
  5. 【請求項5】 前記磁極(13、14)は、永久磁石磁
    極として構成されており、かつ保持ばね(15、16)
    により磁気ヨーク(10)に保持されており、 前記磁界検知素子(18〜23)は、保持ばね(15、
    16)に隣接するか、または磁極(13、14)の保持
    ばねのない個所に当接する請求項4記載の電動モータ。
  6. 【請求項6】 前記磁界検知素子(23)は、2つの磁
    極の間の角度領域に、当該磁極に対して軸方向に配置さ
    れている請求項2記載の電動モータ。
  7. 【請求項7】 前記磁界検知素子(22)は、磁極(1
    3、14)の1つの軸方向端面の領域、かつ磁気ヨーク
    (10)の内部または当該磁気ヨークから僅かに距離を
    おいて設けられている請求項2記載の電動モータ。
  8. 【請求項8】 前記磁界検知素子(18〜23;25;
    39)はホール素子または磁気コイルとして構成されて
    いる請求項1から7までのいずれか1記載の電動モー
    タ。
  9. 【請求項9】 前記磁界検知素子(25)は導磁部材
    (26;28;34;40)に配置されており、当該導
    磁部材は磁気ヨーク(10)内の磁束に対するバイパス
    を形成する請求項8記載の電動モータ。
  10. 【請求項10】 磁気コイルとして構成された前記磁界
    検知素子(39)は導磁部材(40)を取り囲んで把持
    する請求項9記載の電動モータ。
  11. 【請求項11】 ホール素子として構成された前記磁界
    検知素子(25)は導磁部材(26;28;34)また
    は当該導磁部材の部分領域に対して磁気的に一列に配置
    されている請求項9記載の電動モータ。
  12. 【請求項12】 ホール素子(25)は、磁気ヨーク
    (10)と、U字形または保持アーム状に構成された導
    磁部材(26;28)の一方の端部領域との間に配置さ
    れており、当該導磁部材の他方の端部は磁気ヨークと直
    接結合されている請求項11記載の電動モータ。
  13. 【請求項13】 ホール素子(25)は部分的に磁気ヨ
    ーク(10)に埋め込まれて配置されている請求項12
    記載の電動モータ。
  14. 【請求項14】 ホール素子(25)は導磁部材(3
    4)の2つの部分間に配置されており、等外部分はそれ
    ぞれ磁気ヨーク(10)に当接する請求項11記載の電
    動モータ。
  15. 【請求項15】 導磁部材(34)の2つの部分および
    ホール素子(25)は、クリップまたはクリップ状のス
    リーブによりまとめられている請求項14記載の電動モ
    ータ。
  16. 【請求項16】 導磁部材(28;34)は張力バンド
    (37)またはプラスチックスリーブ(33)により磁
    気ヨーク(10)に固定されている請求項11から15
    までのいずれか1記載の電動モータ。
  17. 【請求項17】 導磁部材は強磁性の薄板材料からなる
    請求項1から16までのいずれか1記載の電動モータ。
  18. 【請求項18】 2つの磁界検知素子(25)は、磁気
    ヨーク(10)の周方向で相互にずらされて配置されて
    いる請求項1から17までのいずれか1記載の電動モー
    タ。
  19. 【請求項19】 2つの磁界検知素子(25)は、磁気
    ヨーク(10)の溝(38)に配置されており、該溝は
    軸方向に対して斜めに延在する請求項18記載の電動モ
    ータ。
  20. 【請求項20】 モータの固定子は、磁気ヨーク(1
    0)として用いる磁極管状体を有する請求項1から19
    までのいずれか1記載の電動モータ。
JP92226830A 1991-08-27 1992-08-26 ロータ位置、回転数および/または回転方向検出用装置を有する電動モータ Pending JPH05211747A (ja)

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