JP2000078883A - 電気モータの通電制御装置 - Google Patents

電気モータの通電制御装置

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JP2000078883A
JP2000078883A JP10240751A JP24075198A JP2000078883A JP 2000078883 A JP2000078883 A JP 2000078883A JP 10240751 A JP10240751 A JP 10240751A JP 24075198 A JP24075198 A JP 24075198A JP 2000078883 A JP2000078883 A JP 2000078883A
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signal
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JP10240751A
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Masanori Sugiyama
昌典 杉山
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチドリラクタンスモータのPWM信号
の生成タイミングを改良して出力トルクを増大させる。 【解決手段】 PWM信号生成回路は、通電/非通電指
示信号S9が低レベル(非通電)から高レベル(通電)
に切換わった後、実電流値と基準電流値との比較件信号
S11が高レベル(実電流値≦基準電流値)から低レベ
ル(実電流値>基準電流値)に切換わった時、デューテ
ィ指示信号S7が指示するPWMデューティの一定周波
数のPWM信号の生成動作を開始し、信号S9が高レベ
ルから低レベルに切換わった時、PWM信号の生成動作
を終了するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、スイッチ
ドリラクタンスモータの如き電気モータのステータに備
わった複数相のコイルのそれぞれに対応して設置される
通電制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開平9−182490号公報にはスイ
ッチドリラクタンスモータの制御装置が記載されてい
る。この制御装置においては、ステータに備わった3相
のコイルのそれぞれに対応して設置される通電制御装置
は、スイッチドリラクタンスモータのロータの角度を検
出する角度センサと、コイルに流れる実電流値を検出す
る電流センサと、モータの回転数とトルクの組合わせに
対応する、1組の通電開始角度及び通電終了角度とコイ
ルに流す基準電流値とPWMデューティを指示するCP
Uと、角度センサの出力とCPUが指示する通電開始角
度および通電終了角度に基づき通電と非通電の何れか一
方を指示する電流波形生成回路と、CPUが指示する基
準電流値と電流センサが検出する実電流値とを比較する
比較回路と、電流波形生成回路の指示が非通電から通電
に切換わった時にCPUが指示するPWMデューティの
一定周波数のPWM信号の生成動作を開始し、電流波形
生成回路の指示が通電から非通電に切換わった時にPW
M信号の生成動作を終了するPWM信号生成回路と、電
流波形生成回路の出力(通電/非通電指示)およびPW
M信号生成回路の出力に応動するコイルドライバとを備
えている。
【0003】PWM信号の一定周波数を人間の可聴周波
数より少し高い周波数に設定することによりスイッチド
リラクタンスモータの駆動中の騒音を低減することがで
きる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電流波
形生成回路の指示が非通電から通電に切換わった時にP
WM信号生成回路がPWM信号の生成動作を開始するこ
とから、コイルの実電流値が基準電流値に到達する過程
でも通電と非通電が交互に繰り返され、コイルの実電流
値が基準電流値に到達するまでの時間が長くなる。つま
り、コイル電流の立上りが遅い。このことは、モ―タの
出力トルクを大きくする上で不利である。
【0005】この出願の発明は、コイル電流の立上りを
上記従来装置より速くし、モータの出力トルクを大きく
する上で有利にすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、電気
モータのステータに備わった複数相のコイルのそれぞれ
に対応して設置される通電制御装置であって前記電気モ
ータのロータの角度を検出する角度検出手段と、前記コ
イルに流れる実電流値を検出する電流検出手段と、通電
開始角度及び通電終了角度を指示する通電開始/終了角
度指示手段と、前記コイルに流す基準電流値を指示する
基準電流値指示手段と、PWMデューティを指示するデ
ューティ指示手段と、前記角度検出手段の出力と前記通
電開始/終了角度指示手段の出力とに基づき通電と非通
電の何れか一方を指示する通電/非通電指示手段と、前
記基準電流値指示手段の出力と前記電流検出手段の出力
とを比較する電流値比較手段と、前記通電/非通電指示
手段の出力が非通電から通電に切換わった後、前記実電
流値が前記基準電流値に到達したことを前記電流値比較
手段が検出した時、前記デューティ指示手段が指示する
PWMデューティの一定周波数のPWM信号の生成動作
を開始し、前記通電/非通電指示手段の出力が通電から
非通電に切換わった時、PWM信号の生成動作を終了す
るPWM信号生成手段と、前記通電/非通電指示手段の
出力および前記PWM信号生成手段の出力に応動するコ
イルドライバとを備えたことを特徴とする電気モータの
通電制御装置である。
【0007】上記のように、PWM信号生成手段は、通
電/非通電指示手段の出力が非通電から通電に切換わっ
た後、実電流値が基準電流値に到達したことを電流値比
較手段が検出した時、PWM信号の生成動作を開始する
ことから、通電/非通電指示手段の出力が非通電から通
電に切換わった後、実電流値が基準電流値に到達するま
での過程では通電が継続される。従って、コイル電流の
立上りは、実電流値が基準電流値に到達するまでの過程
で通電と非通電を交互に繰り返す構成の従来装置に比べ
て速くなり、モータの出力トルクを大きくする上で有利
となる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、電気自動車の走行用電気
モータとしての3相スイッチドリラクタンスモータの通
電制御装置CONの概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、通電制御装置CONは、第1相コイ
ルの通電制御部CON1、第2相コイルの通電制御部C
ON2及び第3相コイルの通電制御部CON3とで構成
されている。3相スイッチドリラクタンスモータのステ
ータの磁極部の数は12であり、ロータの磁極部の数は
8である。
【0009】第1相コイルの通電制御部CON1、第2
相コイルの通電制御部CON2及び第3相コイルの通電
制御部CON3は実質的に同じ構成である。
【0010】第1相コイルの通電制御部CON1の構成
を図2のブロック図を参照して説明する。図2におい
て、第1相コイルCL1の通電制御部CON1は、角度
センサRAS、メモリROM、マイクロコンピュータC
PU、電流波形生成回路IPGC、電流比較回路ICM
P、PWM信号生成回路PWMC、及び第1相コイルド
ライバDR1を主たる構成要素としている。
【0011】角度センサRASは、スイッチドリラクタ
ンスモータのロータの角度を検出し、検出したロータ角
度をデジタル信号S1によりマイクロコンピュータCP
Uと通電流波形生成回路IPGC内のアドレスデコーダ
ASD及び通電/非通電判定回路EDDCに対して出力
する。
【0012】メモリROMは、第1相コイルの通電制御
に関する各種のデータを格納する。すなわち、スイッチ
ドリラクタンスモータの回転数とトルクとの組合わせに
対応する、所定の、多数組の通電開始角度及び通電終了
角度と、多数の電流波形(角度センサRASにより検出
される或るロータ角度で第1相コイルCL1に流すべき
基準電流値を表すデータ)と、多数のPWMデューティ
を格納する。
【0013】マイクロコンピュータCPUは、電気自動
車を運行している間中閉じられるメインスイッチが開か
ら閉へ切換わったことに応答して、リセットパルス信号
S2を電流波形生成回路IPGC内の通電/非通電判定
回路EDDCに対して出力すると共に、異常の有無を判
定して異常の有無を表す2値信号S3を通電制御部CO
N1の通電/非通電判定回路EDDCに対して出力す
る。2値信号S3は、その高レベルが異常無しを、また
その低レベルが異常有りをそれぞれ表す。
【0014】マイクロコンピュータCPUは、異常の有
無の判定の結果が異常無しであるときには、角度センサ
RASからのデジタル信号S1に基づいてスイッチドリ
ラクタンスモータの回転数を逐次計算すると共に、シフ
トレバー、ブレーキスイッチ、アクセルスイッチ及びア
クセル開度センサから入力される情報S0に基づいてス
イッチドリラクタンスモータの目標とするトルクを逐次
計算し、計算した回転数及びトルクに対応する、1組の
通電開始角度及び通電終了角度と、1つの電流波形と、
1つのPWMデューティをメモリROMから読み出し、
読み出した1組の通電開始角度及び通電終了角度をそれ
ぞれデジタル信号S4及びS5として電流波形生成回路
IPGC内の通電/非通電判定回路EDDCに対して出
力する。また、読み出した電流波形をデジタル信号S6
として電流波形生成回路IPGC内のメモリRAMに対
して出力する。更に、読み出したPWMデューティをデ
ジタル信号S7としてPWM信号生成回路PWMCに対
して出力する。
【0015】マイクロコンピュータCPUからデジタル
信号S6として電流波形生成回路IPGCのメモリRA
Mに入力された電流波形、即ちロータの角度に対応した
基準電流値データがメモリRAMのロータの角度に対応
したアドレスに格納される。角度センサRASからのデ
ジタル信号S1として電流波形生成回路IPGC内のア
ドレスデコーダASDに入力された角度はメモリRAM
のアドレスに変換される。電流波形生成回路IPGC
は、角度センサRASによって検出された角度が変化す
る毎に、角度に対応した基準電流値をメモリRAMから
読み出し、デジタル/アナログコンバータD/Aにより
デジタル信号からアナログ信号に変換し、出力バッファ
BUFからアナログ信号S8として電流比較回路ICM
Pに対して出力する。
【0016】電流波形生成回路IPGC内の通電/非通
電判定回路EDDCは、角度センサRASから入力され
る信号S1とマイクロコンピュータCPUから入力され
る信号S2〜S5に基づいて第1相コイルCL1の通電
/非通電を表す2値信号S9を生成し、PWM信号生成
回路PWMCと第1相コイルドライバDR1の2つのト
ランジスタ(ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ)I
GBTU、IGBTLのうちの一方のトランジスタIG
BTLに対して出力する。2値信号S9の高レベルが通
電を、また低レベルが非通電をそれぞれ表す。信号S3
が低レベル(異常有りを示す)であれば、信号S9を低
レベルに保持される。また、信号S3が高レベルの場
合、リセットパルス信号S2の入力により信号S9は一
旦低レベルにセットされ、その後、信号S9は信号S1
により表わされるロータ角度が信号S4により表わされ
る通電開始角度に到達したとき低レベルから高レベルに
切換わり、信号S1により表わされるロータ角度が信号
S5により表わされる通電終了角度に到達したとき高レ
ベルから低レベルに切換わる。
【0017】第1相コイルドライバDR1は1相コイル
CL1の一端と直流電源からの高電位ライン(+)との
間に介挿されたトランジスタIGBTU と、第1相コ
イルCL1の他端と直流電源からの低電位ライン(−)
との間に介挿されたトランジスタIGBTLと、第1相
コイルCL1の一端と低電位ライン(−)との間に介挿
されたダイオードD1と、第1相コイルCL1の他端と
高電位ライン(+)との間に介挿されたダイオードD2
とで構成されている。
【0018】第1相コイルCL1の一端とトランジスタ
IGBTUとの間には、第1相コイルCL1に実際に流
れる電流値(実電流値)を検出する電流センサISが介
挿されている。この電流センサISは、第1相コイルC
L1に実際に流れる電流値を表すアナログ信号S10を
比較回路ICMPに対して出力する。
【0019】比較回路ICMPは、第1相コイルCL1
に流すべき基準電流値を表すアナログ信号S8と第1相
コイルCL1に実際に流れる電流値を表すアナログ信号
S10とを比較し、第1相コイルCL1に実際に流れる
電流値が基準電流値より小さいか否かを表す2値信号S
11をPWM信号生成回路PWMCに対して出力する。
2値信号S11の高レベルは第1相コイルCL1に実際
に流れる電流値が基準電流値より小さいことを、またそ
の低レベルは第1相コイルCL1に実際に流れる電流値
が基準電流値以上であることをそれぞれ表す。
【0020】PWM信号生成回路PWMCは、入力され
るデジタル信号S7と2値信号S9及びS11を処理し
てPWM信号(2値信号)S12を生成し第1相コイル
ドライバDR1のトランジスタIGBTUに対して出力
する。
【0021】PWM信号生成回路PWMCの詳細構成を
図3に示す。図3において、CPUが出力するデジタル
信号S7(PWMデューテイを表す)はラッチLCHに
より12ビットのデジタル信号S13としてラッチさ
れ、比較回路CMPに入力される。通電/非通電判定回
路EDDCが出力する2値信号S9は、フリップフロッ
プFDC1の入力端子D及びフリップフロップFDC2
の入力端子CLKに入力されると共にインバータINV
1を介してリップフロップFDC1のリセット入力端子
RESETに入力される。比較回路ICMPが出力する
2値信号S11は、リップフロップFDC1の入力端子
CLKに入力されると共にインバータINV2を介して
リップフロップFDC2のリセット端子RESETに入
力される。
【0022】フリップフロップFDC1の反転出力端子
QIから出力される2値信号S14がオアゲートOR1
の一方の入力端子に入力され、オアゲートOR1が出力
する2値信号S15が12ビットカウンタCNTのリセ
ット入力端子に入力され、12ビットカウンタCNTの
オーバーフロー信号(2値信号)S16がオアゲートO
R1の他方の入力端子に入力される。12ビットカウン
タCNTはPWMクロックをカウントし、そのカウント
値を表わす12ビットのデジタル信号S17が比較回路
CMPに入力される。
【0023】比較回路COMは、入力される信号S13
と信号S17とを比較し2値信号S18を出力する。こ
の信号S18は、信号S17が信号S13より小さいと
きには低レベルとなり、信号S17が信号S13と等し
いとき及び信号S17が信号S13より大きいときは高
レベルとなる。
【0024】比較回路CMPが出力する2値信号S18
はオアゲートOR2の一方の入力端子に入力され、オア
ゲートOR2の他方の入力端子にはフリップフロップF
DC2の出力端子Qから出力される2値信号S19が入
力される。オアゲートOR2の出力がPWM信号S12
となる。尚、フリップフロップFDC2の入力端子Dに
は一定電圧が印加される。
【0025】上記の如き構成のPWM信号生成回路PW
MCにおいては、2値信号S9が低レベルから高レベル
に切換わる(コイルCL1への通電開始指示)ことによ
りフリップフロップFDC2の出力信号S19が低レベ
ルから高レベルに切換わるので、PWM信号S12が低
レベルから高レベルに切換わる。2値信号S11は、信
号S9の低レベルから高レベルへの切換わりに同期して
低レベルから高レベルに切換わるものである(コイルC
L1に基準電流値を表わす信号S8がコイルCL1に実
電流値を表わす信号S10より大きくなるため)。その
後、2値信号S11が高レベルから低レベルに切換わる
と(コイルCL1の実電流値が基準電流値に到達する
と)、フリップフロップFDC2がリセットされ、信号
S19が高レベルから低レベルに切換わる。従って、コ
イルCL1への通電開始から実電流値が基準電流値に到
達するまでの間、PWM信号S12が高レベルに維持さ
れる。
【0026】一方、信号S9が低レベルから高レベルに
切換わることによりリップフロップFDC1の出力信号
S14が高レベルとなり、信号S15が高レベルとなっ
て12ビットカウンタCNTのカウント動作が停止し、
信号S17がゼロを示す状態となると共にオーバーフロ
ー信号S16が低レベルとなる。信号S7は通常、ゼロ
より大きいPWMデューティを指示するので、信号S1
7が信号S13より小さい状態となり、比較回路CMP
の出力信号S18は低レベルとなる。
【0027】信号S9が低レベルから高レベルに切換わ
った後に信号S11が低レベルから高レベルに切換わる
と(コイルCL1の実電流値が基準電流値に到達した後
再び基準電流値を下回ると)、リップフロップFDC1
の出力信号S14が高レベルから低レベルに切換わり、
信号S15が高レベルから低レベルに切換わり、12ビ
ットカウンタCNTがPWMクロックのカウントを開始
し、信号S17が示す値が逐次増大する。信号S17が
示す値が信号13が示す値以上となると、信号S18が
低レベルから高レベルに切換わる。その後、12ビット
カウンタCNTがオーバオフローすると信号S16が低
レベルから高レベルに切換わり、信号S15が低レベル
から高レベルに切換わるので、12ビットカウンタCN
Tがリセットされ、信号S17がゼロを示すようになる
ので信号S18が高レベルから低レベルに切換わる。1
2ビットカウンタCNTがリセットされることにより信
号S16が再び低レベルに切換わるので、12ビットカ
ウンタCNTがPWMクロックのカウントを再開する。
このようにして、信号S18は、低レベル状態と高レベ
ル状態を交互に繰り返し、低レベル状態の時間t1と高
レベル状態の時間t2の合計が一定で、t2/(t1+
t2)の値が信号S7により指示されるPWMデューテ
ィの値に対応した、PWM信号となる。信号S18が低
レベル状態と高レベル状態を交互に繰り返しを開始する
時点では信号S19は低レベルになっているので、信号
S12が信号S18に一致したPWM信号となる。
【0028】その後、信号S9が高レベルから低レベル
に切換わる(コイルCL1への通電の終了指示)と、フ
リップフロップFDC1の出力S14が低レベルから高
レベルに切換わり、信号S15が高レベルとのるので、
12ビットカウンタCNTのカウント動作が停止し、信
号S17がゼロを示す状態に維持され、信号S18が低
レベルに維持され、信号S12が低レベルに維持され
る。
【0029】第1相コイルドライバDR1のトランジス
タIGBTUは、出力判定回路ANDCから入力される
PWM信号S12が高レベルであればオン(導通)し、
またPWM信号S12が低レベルであればオフ(非導
通)する。同様に、トランジスタIGBTLは、通電/
非通電判定回路EDDCから入力される2値信号S9が
高レベルであればオン(導通)し、また2値信号S9が
低レベルであればオフ(非導通)する。2値信号S9が
低レベル(非通電を表す)であればトランジスタIGB
TU及びIGBTLが共にオフし、従って電源電流がコ
イルCL1に流れることはない。2値信号S9が高レベ
ル(通電を表す)でありかつPWM信号S12が高レベ
ルであれば、トランジスタIGBTU及びIGBTLが
共にオンし、従って電源電流がコイルCL1に流れる。
2値信号S9が高レベルであってもPWM信号S12が
低レベルであれば、トランジスタIGBTLはオンし続
けるがトランジスタIGBTUがオフし、従って電源電
流がコイルCL1に流れなくなる。このように、2値信
号S9が高レベルのもと(トランジスタIGBTLがオ
ン)でPWM信号S12のレベルの切換わりに応じてト
ランジスタIGBTUがオン/オフを繰り返すことによ
り、コイルCL1に流れる電流値が基準電流値に近似し
た値に制御される。
【0030】図4は、信号S9、S11、S12、S1
5、S17、S18、S19の変化とコイルCL1の実
電流値の相関を示すタイムチャートである。図4におい
て、実電流値の破線は従来装置の場合を示しており、図
3のPWM信号生成回路PWMCによれば、図4中に斜
線を付した分だけ実電流値が大きくなり、出力トルクが
大きくなる。
【0031】前述のように、通電制御部CON2及びC
ON3の構成は通電制御部CON1の構成と実質的に同
一であるが、図2に示す角度センサRAS、メモリRO
M及びマイクロコンピュータCPUは、第1相コイルの
通電制御部CON1、第2相コイルの通電制御部CON
2及び第3相コイルの通電制御部CON3が共有する構
成要素である。第2相コイルの通電開始角度、通電終了
角度及び電流波形は、第1相コイルの通電開始角度、通
電終了角度及び電流波形を(45÷3)度だけ位相ずれ
したものであり、同様に第3相コイルの通電開始角度、
通電終了角度及び電流波形は、第1相コイルの通電開始
角度、通電終了角度及び電流波形を(45÷3×2)度
だけ位相ずれしたものである。マイクロコンピュータC
PUは、第1相コイルに関する通電開始角度、通電終了
角度及び電流波形を(45÷3)度だけ位相ずれさせる
ことによって第2相コイルに関する通電開始角度、通電
終了角度及び電流波形を得、得た通電開始角度、通電終
了角度及び電流波形を通電制御部CON2の通電/非通
電判定回路、メモリに対して出力する。そして、第1相
コイルに関する通電開始角度、通電終了角度及び電流波
形を(45÷3×2)度だけ位相ずれさせることによっ
て第3相コイルに関する通電開始角度、通電終了角度及
び電流波形を得、得た通電開始角度、通電終了角度及び
電流波形を通電制御部CON3の通電/非通電判定回
路、メモリに対して出力する。
【0032】以上の説明から明らかなように、請求項1
における角度検出手段、電流検出手段、通電開始/終了
角度指示手段、デューティ指示手段、通電/非通電指示
手段、電流値比較手段、PWM信号生成手段、及びコイ
ルドライバには、それぞれ、角度センサRAS、電流セ
ンサIS、メモリROM及びマイクロコンピュータCP
U、メモリROM及びマイクロコンピュータCPU、メ
モリROM及びマイクロコンピュータCPU、通電/非
通電判定回路EDDC、比較回路ICMP、PWM信号
生成回路PWMC、及びコイルドライバDR1が該当す
る。
【0033】尚、この出願の発明の適用範囲はスイッチ
ドリラクタンスモータに限定されるものではなく、また
PWM信号生成回路の機能をマイクロコンピュータによ
り達成することとしてもよい等、請求項1に記載の範囲
内で適宜変更することができる。
【0034】
【発明の効果】以上に説明したように、この出願の発明
に係る、電気モータの通電制御装置は、PWM信号生成
手段は、通電/非通電指示手段の出力が非通電から通電
に切換わった後、実電流値が基準電流値に到達したこと
を電流値比較手段が検出した時、PWM信号の生成動作
を開始することから、通電/非通電指示手段の出力が非
通電から通電に切換わった後、実電流値が基準電流値に
到達するまでの過程では通電が継続される。従って、コ
イル電流の立上りは、実電流値が基準電流値に到達する
までの過程で通電と非通電を交互に繰り返す構成の従来
装置に比べて速くなり、モータの出力トルクを大きくす
る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】3相スイッチドリラクタンスモータの通電制御
装置を示すブロック図である。
【図2】第1相コイルの通電制御部の構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】PWM信号生成回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図4】PWM信号生成回路の作用を説明するタイムチ
ャートである。
【符号の説明】
CON・・・通電制御装置 CON1・・・第1相コイルの通電制御部 CON2・・・第2相コイルの通電制御部 CON3・・・第3相コイルの通電制御部 RAS・・・ロータ角度センサ IS・・・電流センサ ROM・・・メモリ CPU・・・マイクロコンピュータ CL1・・・第1相コイル EDDC・・・通電/非通電判定回路 ICMP・・・電流比較回路 FDC1、FDC2・・・フリップフロップ OR1、OR2・・・オアゲート INV1、INV2・・・インバータ LCH・・・ラッチ CNT・・・12ビットカウンタ CMP・・・比較回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気モータのステータに備わった複数相
    のコイルのそれぞれに対応して設置される通電制御装置
    であって前記電気モータのロータの角度を検出する角度
    検出手段と、 前記コイルに流れる実電流値を検出する電流検出手段
    と、 通電開始角度及び通電終了角度を指示する通電開始/終
    了角度指示手段と、 前記コイルに流す基準電流値を指示する基準電流値指示
    手段と、 PWMデューティを指示するデューティ指示手段と、 前記角度検出手段の出力と前記通電開始/終了角度指示
    手段の出力とに基づき通電と非通電の何れか一方を指示
    する通電/非通電指示手段と、 前記基準電流値指示手段の出力と前記電流検出手段の出
    力とを比較する電流値比較手段と、 前記通電/非通電指示手段の出力が非通電から通電に切
    換わった後、前記実電流値が前記基準電流値に到達した
    ことを前記電流値比較手段が検出した時、前記デューテ
    ィ指示手段が指示するPWMデューティの一定周波数の
    PWM信号の生成動作を開始し、前記通電/非通電指示
    手段の出力が通電から非通電に切換わった時、PWM信
    号の生成動作を終了するPWM信号生成手段と、 前記通電/非通電指示手段の出力および前記PWM信号
    生成手段の出力に応動するコイルドライバとを備えたこ
    とを特徴とする電気モータの通電制御装置。
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