JPH06339293A - 小型直流モータの回転検出装置 - Google Patents

小型直流モータの回転検出装置

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JPH06339293A
JPH06339293A JP5148461A JP14846193A JPH06339293A JP H06339293 A JPH06339293 A JP H06339293A JP 5148461 A JP5148461 A JP 5148461A JP 14846193 A JP14846193 A JP 14846193A JP H06339293 A JPH06339293 A JP H06339293A
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motor
coil
signal
transformer
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JP5148461A
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Toru Tategami
徹 舘上
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Mabuchi Motor Co Ltd
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Mabuchi Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの負荷状態の変動によりモータ電流が
増減しても常に安定した検出信号を出力してモータ回転
を検出することができ、また、各信号の電位関係の制約
を受けることのない小型直流モータの回転検出装置を提
供する。 【構成】 ブラシに流れるモータ電流IM の変化から検
出信号を得る小型直流モータ1の回転検出装置におい
て、モータ電流IM が流れる第1のコイル6と、第1の
コイル6に直列に接続されるとともに、第1のコイル6
と同一巻数で逆方向に巻回され且つ鉄心14を共有する
第2のコイル7と、前記両コイル6,7のうち一方のコ
イルに並列に接続されたコンデンサ8とによりトランス
5のトランス一次側回路を構成し、トランス5のトラン
ス二次側回路からモータ電流IM の交流成分による交流
の信号S1 を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は小型モータに係り、特に
小型直流モータの回転数などのモータ回転を検出する回
転検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】小型直流モータは、小型カメラ等の精密
機器、CD(コンパクトディスク)プレーヤ等の音響映
像機器、パワーウィンド等の自動車用電装機器を始めと
してあらゆる分野で広く使用されている。
【0003】かかる小型直流モータのモータ回転を検出
する回転検出装置としては、専用のブラシとスリップリ
ングとからなる回転検出機構をモータ内に設け、この回
転検出機構によりオンオフ信号を得るものが一般的であ
る。ところが、この回転検出装置はモータ内に回転検出
機構を組込んでいるため、モータ内部の構造が複雑にな
るとともに、回転検出機構を持たないモータと比べてモ
ータの軸方向寸法(所謂モータ全長)が大きくなるとい
う欠点がある。
【0004】本来、小型直流モータが組込まれるアクチ
ュエータのほとんどは小さなスペースにアッセンブリさ
れる。そのため、回転検出機構の追加によるモータの外
形寸法の増大はアクチュエータの大型化につながるので
許されない場合が多い。強いて寸法内に収めるようにす
れば、直流モータとして不可欠な整流子やブラシ等の構
成に無理がかかってしまう。また、回転検出機構がモー
タに直接取付けてあるので、モータより離れた場所に制
御部を設置する場合には、モータから制御部までの信号
線の引き回し距離が長くなる。
【0005】これらの欠点を解決する別の手段として、
ブラシに流れるモータ電流から検出信号を得るものもあ
る。例えば、特開平4−172984号公報には、直流
モータのモータ電流が流れる駆動回路中にシャント抵抗
を設けて検出信号を得る回転速度検出回路が提案されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この回転速度検出回路
では、モータの負荷状態によって検出信号のレベルが変
動するため、検出回路のアンプが飽和する恐れがあるた
め、専用の回路を設けてこれを防止している。しかしな
がら、モータ電流が流れる駆動回路と検出回路とが絶縁
されないで直接接続されているため、複数のモータ回路
及びその回転検出回路を相互に接続して使用する場合に
は、各信号の電位関係に注意を払わなければならず、実
装上の制約が生じやすいという課題があった。
【0007】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、モータの負荷状態の変動によりモータ電
流が増減しても安定した検出信号を出力してモータ回転
を検出することができ、また、各信号の電位関係の制約
を受けることのない小型直流モータの回転検出装置を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の小型直流モータの回転検出装置は、ブラシ
に流れるモータ電流の変化から検出信号を得る小型直流
モータの回転検出装置において、前記モータ電流が流れ
る第1のコイルと、この第1のコイルに直列に接続され
るとともに、該第1のコイルに対して逆方向に巻回され
且つ磁心を共有して該第1のコイルの磁界と同じ強さの
磁界を発生させる第2のコイルと、前記両コイルのうち
一方のコイルに並列に接続されたコンデンサとによりト
ランスのトランス一次側回路を構成し、前記トランスの
トランス二次側回路から前記モータ電流の交流成分によ
る交流の信号を出力するものである。
【0009】なお、本発明の別の回転検出装置は、ブラ
シに流れるモータ電流の変化から検出信号を得る小型直
流モータの回転検出装置において、磁心を共有し且つ互
いに逆方向に巻回されて同じ強さの磁界を発生させる第
1及び第2のコイルが直列に接続されるとともに前記両
コイルのうち一方のコイルには並列にコンデンサが接続
されて前記モータ電流が流れるトランス一次側回路を有
するトランスと、このトランスのトランス二次側回路か
ら出力される前記モータ電流の交流成分による交流の信
号を整流及び増幅する整流増幅回路と、この整流増幅回
路から出力される信号を平滑化して回転信号として出力
する平滑回路とを備えている。
【0010】また、前記モータ電流が流れる向きを正逆
方向に切替えて前記小型直流モータを可逆運転する可逆
運転回路に、前記回転検出装置を接続した場合であって
もよい。
【0011】
【作用】小型直流モータにおいては、回転軸に整流子が
設けられ、ケーシングに取付けられたブラシが整流子と
摺動係合している。モータの電機子にはブラシ及び整流
子を介してモータ電流が供給されるので、電機子ととも
に回転する整流子をブラシが乗り越えるたびにモータ電
流が脈動する。このモータ電流は、直流成分とこの直流
成分に加えられて脈動する交流成分とからなっていると
考えることができる。
【0012】トランス一次側回路の第1,第2のコイル
は、磁心を共有し且つ互いに逆方向に巻回されて同じ強
さの磁界を発生させるので、前記直流成分により第1の
コイルで発生する磁界と第2のコイルで発生する磁界と
がトランスの磁心内で互いに打ち消しあってキャンセル
されることとなり、磁心内の磁界が飽和することはな
い。
【0013】また、第1,第2のコイルのうちコンデン
サが接続された方のコイルに流れるモータ電流の交流成
分はコンデンサにバイパスされるので、このコイルには
交流成分は流れない。結局、トランス一次側回路のコン
デンサの接続されていないコイルのみが交流磁界を発生
し、この交流磁界の電磁誘導作用によりトランス二次側
回路に誘導起電力が誘起され、この誘導起電力によりト
ランスから交流の信号が出力される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図5に基
づいて説明する。図1は回転検出装置の回路図、図2は
図1の部分詳細図、図3は図2の外観構造を示す斜視図
である。
【0015】小型直流モータのうちブラシ付き小型直流
モータは、ケーシングの内部に永久磁石を取付け、永久
磁石の内方に回転子を配設している。回転子は、回転軸
と、この回転軸に取付けられて電機子巻線が巻回され、
永久磁石により回転力が付与される電機子と、円筒形に
組立てられて回転軸に取付けられるとともに電機子に電
気的に接続された整流子とを備えている。また、ケーシ
ングに取付けられたブラシが整流子と摺動係合してい
る。
【0016】従って、モータ電流がブラシ及び整流子を
介して電機子に供給されると、永久磁石によって形成さ
れている磁界中に存在する電機子に回転力が付与されて
回転子は回転運動をする。整流子が回転することによ
り、ブラシが整流子を乗り越えるたびに電機子を流れる
電流が切替えられ、ブラシに流れるモータ電流に脈動が
生ずる。
【0017】小型直流モータ1に流れるモータ電流IM
の波形を、図4(A)に示している。図示するように、
モータ電流IM の電流成分は、直流成分と、該直流成分
に加えられて脈動している交流成分とからなっている。
交流成分の周期は、ブラシと整流子とを介して電機子に
流れるモータ電流が切替えられる周期と一致している。
【0018】なお、小型直流モータの負荷状態が変動す
れば、モータ電流IM も増減するが、モータ電流IM
電流成分が直流成分と交流成分とからなっていることに
変わりはない。また、モータ電流IM が増減すると、主
として直流成分は増減するが交流成分はそれほど変化し
ない。
【0019】図1に示すように、本発明の回転検出装置
は、小型直流モータ1のブラシに流れるモータ電流IM
の変化から検出信号を得るために、モータ電流IM が流
れる駆動回路40に回転検出用回路2を接続している。
小型直流モータ1の駆動回路40には、スイッチング素
子であるPWM制御用トランジスタ3が接続されてい
る。トランジスタ3にPWM制御用の信号4が入力する
と、トランジスタ3はオンオフして、駆動回路40の端
子VD ,VE 間に印加されて小型直流モータ1を駆動す
る電圧(例えば+12V)をパルス状とし、そのパルス
幅を変化させている。トランジスタ3に入力するPWM
制御信号4は、PWM制御回路15によりPWM化され
て出力されるようになっている。
【0020】回転検出用回路2は、小型直流モータ1の
一方の端子とPWM制御用トランジスタ3との間に接続
されており、前記回路2はトランス5を含んでいる。図
1及び図2に示すように、トランス5のトランス一次側
回路は、モータ電流IM が流れる第1のコイル6と、第
1のコイル6に直列に接続されるとともに第1のコイル
6に対して逆方向に巻回され且つ磁心を共有して第1の
コイル6の磁界と同じ強さの磁界を発生させる第2のコ
イル7と、両コイル6,7のうち一方のコイル(本実施
例では第2のコイル7)に並列に接続されたコンデンサ
8とにより構成されている。トランス5の二次側コイル
9を含むトランス二次側回路からは、モータ電流IM
交流成分による交流の信号S1 が出力される。トランス
二次側回路の一方の端子は接地されている。
【0021】本実施例においては、第1,第2のコイル
6,7の巻数を同一にすることにより、両コイル6,7
が同じ強さの磁界を発生させるようにしている。なお、
巻数を同一にしないで、両コイル6,7の線径、環状コ
イルの直径、鉄心などを変更することにより、両コイル
が互いに同じ強さの磁界を発生させるようにしてもよ
い。図3に示すように、トランス5及びトランス5のコ
ンデンサ8は、基板10に固定され、基板10に形成さ
れた回路パターン及び半田付けされたリード線により接
続されている。トランス一次側回路の配線12にはモー
タ電流IM が流れ、トランス二次側回路の配線13を介
して検出信号としての交流の信号S1 が出力される。
【0022】図2に示すように、トランス5の磁心には
フェライトなどからなるリング状の鉄心14が使用され
ており、第1,第2のコイル6,7及び二次側コイル9
が鉄心14にそれぞれ巻回されている。これにより、第
1,第2のコイル6,7は鉄心14を共有することとな
る。なお、本実施例においては、コンデンサ8は第2の
コイル7に並列に接続されているが、コンデンサ8を第
1のコイル6に並列に接続する場合であってもよい。ま
た、トランス5の磁心は鉄心14を設けない空心構造で
あってもよい。
【0023】図1に示すように、トランス5のトランス
二次側回路から出力されるモータ電流IM の交流成分に
よる交流の信号S1 は、整流増幅回路20により整流及
び増幅される。整流増幅回路20から出力される信号S
2 は、平滑回路としてのフィルタ回路21によりノイズ
が除去され且つ平滑化されて出力端子22から検出信号
である回転信号S3 として抽出される。
【0024】整流増幅回路20を構成するコンパレータ
23の基準電圧入力端子は接地され、コンパレータ23
の入力端子は、抵抗24を介してトランス5の二次側コ
イル9に接続されている。また、コンパレータ23に
は、定電圧電源端子VC から定電圧(例えば+12V)
が供給されている。
【0025】コンパレータ23からの出力信号S2 が入
力するフィルタ回路21は抵抗25とコンデンサ26と
からなっており、コンパレータ23の出力端子は抵抗2
5とコンデンサ26との間のノードに接続されている。
抵抗25には定電圧電源端子VC から定電圧(例えば1
2V)が供給され、コンデンサ26の他端は接地されて
いる。
【0026】上述のように構成された回転検出装置によ
る作動要領を、図4及び図5に示す波形図をも参照して
説明する。図4は小型直流モータ1をPWM制御しない
時の波形図、図5は、PWM制御用トランジスタ3にP
WM制御用の信号4を入力してモータ1をPWM制御し
た場合の波形図である。各図中(A)はモータ電流IM
の電流波形を示しており、各図中(B),(C)及び
(D)は、交流の信号S1 ,コンパレータ23の出力信
号S2 及び出力端子22での回転信号S3 の各波形をそ
れぞれ示している。
【0027】まず、モータ1をPWM制御しない場合に
ついて、図4を参照しながら説明する。PWM制御用信
号4によりPWM制御用トランジスタ3をオンした状態
で端子VD ,VE 間に電圧を印加することにより、小型
直流モータ1にモータ電流IMを供給してモータ1を回
転させると、モータ1からは図4(A)に示すような脈
動するモータ電流IM がトランス5のトランス一次側回
路に流れる。第1,第2のコイル6,7に流れるモータ
電流IM の電流成分のうち直流成分は、第1,第2のコ
イルが同一巻数で相反する巻回方向であるため、各コイ
ル6,7は方向が逆で強さが同一の磁界を発生させる。
こうして鉄心14内に発生した磁界は全体として打消さ
れるので、鉄心14内の磁界は飽和しない。
【0028】モータ電流IM の電流成分のうち交流成分
は、コンデンサ8が並列に接続された第2のコイル7に
おいてはコンデンサ8にバイパスされるので、第2のコ
イル7自体には流れない。
【0029】一方、第1のコイル6にはコンデンサが接
続されていないので、前記交流成分は第1のコイル6を
流れて鉄心14の内部に交流磁界を発生させる。この交
流磁界の電磁誘導作用により、二次側コイル9に起電力
が誘起されて、信号S1 が発生する。微弱電圧の信号S
1 は、図4(B)に示すように、電圧零のレベルを中心
にしてその大きさと向きが時間の経過とともに周期的に
変化する波形を有しているので、回転数情報(すなわち
ピッチP)を含む交流の信号であることが分かる。
【0030】交流の信号S1 は、定電圧電源端子VC
ら供給されるプラス電源で使用されるコンパレータ23
により半波整流され且つ微弱電圧を増幅され、図4
(C)に示すような矩形波のパルス信号S2 が出力され
る。この信号S2 はフィルタ回路21によりノイズが除
去されるとともに平滑化され、図4(D)に示すような
波形の回転信号S3 が出力される。
【0031】次に、PWM制御回路15からPWM制御
用トランジスタ3にPWM制御信号4を出力し、トラン
ジスタ3をオンオフさせて小型直流モータ1をPWM制
御する場合について、図5を参照しながら説明する。こ
の場合には、ブラシに流れるモータ電流IM の波形は、
図4(A)に示す基本波に高周波が乗った波形になって
いる(図5(A)参照)。
【0032】モータ電流IM を駆動回路40に流し、前
記と同様にしてトランス5から交流の信号S1 を出力す
れば、この信号S1 は、図5(B)に示すように周波数
の高い交流の波形となる。信号S1 をコンパレータ23
により整流増幅して図5(C)に示すような矩形波のパ
ルス信号S2 を得たのち、フィルタ回路21により信号
2 を平滑化する。
【0033】この場合、抵抗25及びコンデンサ26に
より構成されるフィルタ回路21の時定数をPWMの周
期より大きくして平滑化すれば、PWM制御によるモー
タ電流IM の脈動やノイズの影響が除去される。これに
より、図5(D)に示すように、フィルタ回路21は基
本波が有していた回転数情報(すなわちピッチP)をも
った脈動のみを抽出した波形を有する回転信号S3 を出
力する。
【0034】以上説明したとおり、本発明においては、
トランス5をモータ1の駆動回路40に設け、第1,第
2のコイル6,7が鉄心14内に発生させるモータ電流
Mの直流成分による各磁界を相互にキャンセルさせた
ので、モータ1の負荷状態の変動やPWM制御等により
モータ電流IM が増減しても、その直流成分により発生
する磁界は常にキャンセルされる。
【0035】従って、コンデンサ8が接続されていない
方の第1のコイル6に流れる交流成分のみが鉄心14に
交流磁界を発生させることとなり、これにより起電力が
生ずる二次側コイル9は前記交流成分による交流の信号
1 を常に正確に出力して、モータ回転(例えば回転の
合計値や回転数)を検出することができる。よって、モ
ータ1の負荷電流が増減しても、鉄心14内の磁界が飽
和することはなく、回転検出装置が誤動作することはな
い。
【0036】また、モータ電流IM が流れる第1,第2
のコイル6,7に対して、信号S1を出力する二次側コ
イル9は絶縁されているので、複数のモータ駆動回路や
回転検出回路を相互に接続して使用しても、各信号の電
位関係に注意を払う必要はなく、実装上の制約を受ける
ことはない。更に、モータ1から遠く離れた場所であっ
ても、本実施例の回転検出装置を用いてモータ電流IM
を検出することにより、モータ回転の検出を極めて容易
に行うことができる。
【0037】図6は本発明の他の実施例を示す図で、回
転検出装置をブリッジ回路に接続した場合の回路図であ
る。
【0038】図示するように、前記実施例と同様の構成
の回転検出装置30を、可逆運転回路としてのブリッジ
回路31に接続している。ブリッジ回路31は、小型直
流モータ1のモータ電流IM が流れる向きを正逆方向に
切替えてモータ1を可逆運転するためのものである。な
お、この図ではコンデンサ8を第1のコイル6に並列に
接続した場合を示したが、図1と同様にコンデンサ8を
第2のコイル7に並列に接続する場合であってもその作
動状況は同一である。
【0039】ブリッジ回路31においては、回転検出装
置30と小型直流モータ1とを直列に接続し、この直列
回路の一端を、スイッチング素子としての正転ドライブ
用トランジスタ32aと逆転ドライブ用トランジスタ3
3aとの間のノードに接続し、また他端を、スイッチン
グ素子としての正転ドライブ用トランジスタ32bと逆
転ドライブ用トランジスタ33bとの間のノードに接続
している。
【0040】電圧(例えば+12V)が印加される両端
子VD ,VE のうち一方の端子VDは、正転ドライブ用
トランジスタ32aと逆転ドライブ用トランジスタ33
bとの間のノードに接続され、他方の端子VE は、正転
ドライブ用トランジスタ32bと逆転ドライブ用トラン
ジスタ33aとの間のノードに接続されている。
【0041】このようなブリッジ回路31は、モータ1
を頻繁に正逆運転する制御を行う場合に都合がよい。モ
ータ1を正転させる場合には、端子VD ,VE 間に電圧
を印加し、制御信号34により正転用のトランジスタ3
2a,32bのみをオンすると、トランジスタ32a→
回転検出装置30→モータ1→トランジスタ32bの回
路に順方向電圧が加わり、モータ1には図中右方向にモ
ータ電流IM が流れてモータ1は正回転する。
【0042】次に、モータ1を逆転させる場合には、制
御信号34により正転用のトランジスタ32a,32b
をオフさせてモータ電流IM が零になった後、制御信号
34により逆転用のトランジスタ33a,33bをオン
する。すると、トランジスタ33b→モータ1→回転検
出装置30→トランジスタ33aの回路に順方向電圧が
加わり、モータ1には図中左方向にモータ電流IM が流
れてモータ1は逆回転する。
【0043】このように、モータ1を正転・逆転させる
と、トランス5のトランス一次側回路に流れる直流電流
の向きも正方向・逆方向になる。ところが、直流電流が
流れてもトランス一次側回路の第1のコイル6及び第2
のコイル7の両方とも電流の向きに関しては制約がない
ので、二次側コイル9には、回転数情報をもった交流の
信号S1 が発生し、前記実施例と同様の作用効果を奏す
る。なお、この場合におけるコンデンサ8は、両極性の
コンデンサにする必要がある。
【0044】なお、前記各実施例では、トランジスタ
3,32a,32b,33a,33bにMOS電界効果
トランジスタを用いたが、バイポーラ形トランジスタな
ど他の種類のスイッチング素子を用いてもよい。なお、
各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0045】
【発明の効果】本発明に係る小型直流モータの回転検出
装置は上述のように構成したので、モータの負荷状態の
変動によりモータ電流が増減しても常に安定した検出信
号を出力してモータ回転を検出することができ、また、
各信号の電位関係の制約を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1乃至図5は本発明の一実施例を示す図で、
図1は回転検出装置の回路図である。
【図2】図1の部分詳細図である。
【図3】図2の外観構造を示す斜視図である。
【図4】小型直流モータをPWM制御しない時の波形図
である。
【図5】小型直流モータをPWM制御した時の波形図で
ある。
【図6】本発明の他の実施例を示す図で、回転検出装置
をブリッジ回路に接続した場合の回路図である。
【符号の説明】
1 小形直流モータ 5 トランス 6 第1のコイル 7 第2のコイル 8 コンデンサ 14 鉄心(磁心) 20 整流増幅回路 21 フィルタ回路(平滑回路) 30 回転検出装置 31 ブリッジ回路(可逆運転回路) IM モータ電流 S1 交流の信号(検出信号) S2 出力信号 S3 回転信号(検出信号)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブラシに流れるモータ電流(IM )の変
    化から検出信号を得る小型直流モータ(1)の回転検出
    装置において、 前記モータ電流が流れる第1のコイル(6)と、この第
    1のコイル(6)に直列に接続されるとともに、該第1
    のコイルに対して逆方向に巻回され且つ磁心(14)を
    共有して該第1のコイルの磁界と同じ強さの磁界を発生
    させる第2のコイル(7)と、前記両コイル(6,7)
    のうち一方のコイルに並列に接続されたコンデンサ
    (8)とによりトランス(5)のトランス一次側回路を
    構成し、 前記トランスのトランス二次側回路から前記モータ電流
    の交流成分による交流の信号(S1 )を出力することを
    特徴とする小型直流モータの回転検出装置。
  2. 【請求項2】 ブラシに流れるモータ電流(IM )の変
    化から検出信号を得る小型直流モータ(1)の回転検出
    装置において、 磁心(14)を共有し且つ互いに逆方向に巻回されて同
    じ強さの磁界を発生させる第1及び第2のコイル(6,
    7)が直列に接続されるとともに前記両コイル(6,
    7)のうち一方のコイルには並列にコンデンサ(8)が
    接続されて前記モータ電流が流れるトランス一次側回路
    を有するトランス(5)と、 このトランスのトランス二次側回路から出力される前記
    モータ電流の交流成分による交流の信号(S1 )を整流
    及び増幅する整流増幅回路(20)と、 この整流増幅回路から出力される信号(S2 )を平滑化
    して回転信号(S3 )として出力する平滑回路(21)
    とを備えたことを特徴とする小型直流モータの回転検出
    装置。
  3. 【請求項3】 前記モータ電流が流れる向きを正逆方向
    に切替えて前記小型直流モータ(1)を可逆運転する可
    逆運転回路(31)に接続されたことを特徴とする請求
    項1又は2記載の小型直流モータの回転検出装置。
JP5148461A 1993-05-27 1993-05-27 小型直流モータの回転検出装置 Pending JPH06339293A (ja)

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