JP2000134970A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JP2000134970A
JP2000134970A JP10305606A JP30560698A JP2000134970A JP 2000134970 A JP2000134970 A JP 2000134970A JP 10305606 A JP10305606 A JP 10305606A JP 30560698 A JP30560698 A JP 30560698A JP 2000134970 A JP2000134970 A JP 2000134970A
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rotation speed
control device
motor
application time
rotations
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JP10305606A
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Osamu Yanai
理 谷内
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SRモータの回転数を変化させる制御を、動
力発生用コイルに電圧を印加する時間(印加時間)の補
正設定によって達成する。 【解決手段】 SRモータが一定回転数で作動する場合
における動力発生用コイルの電圧制御は、ロータの回転
位置を基準として、ロータの実回転数に応じて可変設定
される印加タイミング(t=td)及び遮断タイミング
(t=te)による。回転数を変化させる場合は、目標
回転数を設定する。例えば、加速時には、前記目標回転
数を高く設定する。ここで、前記実回転数が前記目標回
転数と比して低い場合に加速の判定がなされ、印加タイ
ミングを補正設定し(t=td′)、印加時間を延長す
る。一方、減速時には、前記目標回転数を低く設定し、
前記実回転数が前記目標回転数と比して高い場合に減速
の判定がなされ、印加タイミングを補正設定し(t=t
d″)、印加時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用パワース
テアリング装置に使用されるオイルポンプ等を駆動する
SR(スイッチド・リラクタンス)モータの制御装置に
関し、より詳細には、SRモータ内部の動力発生用コイ
ルに印加される電圧の波形を補正設定して、回転を加速
及び減速させる制御に関する。
【0002】
【従来の技術】モータの回転を加速及び減速させる制御
手段として、従来より、PWM(パルス幅変調)制御が
採用されている。これは、動力発生用コイルに出力され
る電圧波形を変調させることにより、供給されるエネル
ギ量を調整し、モータの回転を制御する技術である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のようなPWM制
御を採用したモータ制御装置では、電圧を印加及び遮断
するタイミングは、ステータとロータとの位置関係、即
ち、ロータの回転位置に基づいて一定に設定される。
【0004】しかしながら、本発明に係るSRモータの
ように、前述のタイミングが、その時のロータの回転数
に応じて可変設定される場合には、前述のPWM制御の
採用が困難である。
【0005】このことに鑑み、本発明では、可変設定の
可能な目標回転数を設け、これに基づいて電圧を印加す
る時間を補正設定して、供給されるエネルギ量を調整す
ることにより、モータの回転を制御するモータ制御装置
を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため請求項1に係る
発明では、周方向に等間隔に配置された磁性材料を含む
4つの突起を設けたロータと、周方向に等間隔に配置さ
れた6つのコイルを設けたステータとを含んで構成さ
れ、前記各コイルのうち軸対称位置に配置するものに同
じ相の励磁電圧を順次印加することにより駆動するSR
モータの制御装置を、前記ロータと同期して回転し、前
記各突起と対応する所定の位置に配置した4つのスリッ
トを有するディスクと、前記各スリットの位置を前記各
相の励磁電圧を印加するコイルと対応する所定の位置で
検出する3つの位置信号検出センサとを含んで構成す
る。
【0007】また、図1に示すように、前記各センサが
位置信号を検出した時に、モータの実際の回転数を測定
する実回転数測定手段と、前記位置信号を基準として、
測定された実回転数に応じ、前記各コイルに、対応する
相をなす励磁電圧を印加し、また遮断する電圧制御手段
を設ける。
【0008】更に、目標とされる回転数を可変設定する
目標回転数設定手段と、設定された目標回転数に応じ
て、前記励磁電圧の印加から遮断までの時間である印加
時間を補正設定する印加時間補正手段とを設ける。
【0009】即ち、本発明は、モータの実回転数に基づ
き、その時の作動状態に最適な電圧制御を実行しつつ、
回転数を変化させる場合には、目標作動状態での回転数
である目標回転数を可変設定して、これに基づいて現状
の印加時間を補正設定することにより、供給されるエネ
ルギ量を調整するのである。
【0010】請求項2に係る発明では、前記印加時間補
正手段が、前記実回転数と前記目標回転数とを比較し
て、前記印加時間を補正設定することを特徴とする。即
ち、回転数を変化させる場合において補正設定された目
標回転数を、実回転数と比較して、実回転数が低い場合
には、加速すべく印加時間を延長する(供給されるエネ
ルギ量を増やす)一方、高い場合には、減速すべく印加
時間を短縮する(供給されるエネルギ量を減らす)ので
ある。
【0011】請求項3に係る発明では、前記印加時間補
正手段が、前記励磁電圧を印加するタイミング(印加タ
イミング)を補正することによって達成されることを特
徴とする。
【0012】即ち、加速時には、印加時間を延長すべく
前記印加タイミングを進角側に補正設定する一方、減速
時には、短縮すべく遅角側に補正設定するのである。請
求項4に係る発明では、前記印加時間補正手段が、前記
励磁電圧を遮断するタイミング(遮断タイミング)を補
正することによって達成されることを特徴とする。
【0013】請求項5に係る発明では、自動車用パワー
ステアリング装置の操舵アシスト力発生用モータとして
使用されるSRモータの制御装置において、前記目標回
転数設定手段が、操舵アシスト力の増大を要する場合
に、前記印加時間を延長して前記SRモータの回転を加
速すべく、前記目標回転数を高く設定することを特徴と
する。
【0014】請求項6に係る発明では、前記目標回転数
設定手段が、操舵アシスト力を決定するパラメータとし
て、少なくとも操舵角度を測定し、操舵アシスト力の増
大を要する大舵角時において、目標回転数を高く設定す
ることを特徴とする。
【0015】請求項7に係る発明では、前記目標回転数
設定手段が、操舵アシスト力を決定するパラメータとし
て、少なくとも車両速度を測定し、操舵アシスト力の増
大を要する低車速時において、目標回転数を高く設定す
ることを特徴とする。
【0016】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、従来のP
WM制御のような波形変調によらず、印加時間を補正設
定することで供給されるエネルギ量を調整するため、実
回転数に応じて印加及び遮断タイミングが変化する場合
でも、モータの回転数を容易に制御することができる。
【0017】また、高周波数域での印加及び遮断を伴わ
ないので、PWM制御を採用する際に発生する電気的ノ
イズを排除できるという効果も得られる。請求項2に係
る発明によれば、印加時間の補正設定を、実回転数と目
標回転数との比較に基づいて実行することにより、現状
の作動状態に応じた効率的な制御が可能となる。
【0018】請求項3及び4に係る発明によれば、印加
及び遮断タイミングの補正設定のみで印加時間を補正で
きるため、制御が更に容易となる。請求項5に係る発明
によれば、自動車用パワーステアリング装置において操
舵アシスト力を増大させる必要がある場合に、目標回転
数を高く設定すれば、印加時間が延長されるため、モー
タ及びオイルポンプの回転を加速することができ、ま
た、反対に低く設定すれば、操舵アシスト力を減少させ
ることもできるので、常に最適な操舵アシスト力を生成
することができる。
【0019】請求項6に係る発明によれば、操舵角度に
より、必要な操舵アシスト力を容易に判定し、操舵アシ
スト力を増大させる必要のある操舵角度の大きい場合
に、目標回転数を高く設定することで、操舵アシスト力
を容易に最適化できる。
【0020】請求項7に係る発明によれば、車両速度に
より、必要な操舵アシスト力を容易に判定し、操舵アシ
スト力を増大させる必要のある車両速度の低い場合に、
目標回転数を高く設定することで、操舵アシスト力を容
易に最適化できる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図2は、本発明の一実施
形態に係る三相のSRモータの制御装置のシステム概略
図であり、本SRモータは、自動車用パワーステアリン
グ装置のオイルポンプを駆動させる動力手段として用い
られる。
【0022】また、図3は、本SRモータの内部構造を
示した概略図である。また、図4は、本SRモータの制
御装置本体の内部構造を示した慨略図であり、同図右は
正面図を、左は側面図を示す。
【0023】図2〜図4を参照して、本SRモータ及び
その制御装置の基本構成について説明する。図2に示す
1はSRモータ本体であり、これによりオイルポンプ2
を駆動して、シリンダ(図示せず)を加圧し、操舵アシ
スト力を発生させる。
【0024】また、前記SRモータ1は、図3に示すよ
うにロータ11及びステータ12を含んで構成される。
前記ロータ11は、その外周に等間隔に配置された4つ
の突起13を有する。一方、前記ステータ12は、その
内周に等間隔に配置された6つのコイル14u、14v
及び14wを有する。
【0025】尚、前記各コイルは、図示のごとく、軸対
称位置に配置されるものを同じ符号で指す。本SRモー
タは、前記各コイル14u〜14wに対し、それぞれU
相電圧、V相電圧、W相電圧と称する励磁電圧を順次印
加することにより回転する。
【0026】以下において、前記各コイル14u〜14
wを、印加する励磁電圧の相に対応させてU相コイル1
4u、V相コイル14v、W相コイル14wと称す。上
述のように構成されるSRモータの制御装置は、制御装
置本体3と、これに接続するコントロールユニット4と
を含んで構成され、前記コントロールユニット4には、
舵角センサ5及び車速センサ6が接続する。
【0027】図4に示すように、前記制御装置本体3
は、内部にディスク31と3つの位置信号検出センサ3
2(便宜上、側面図には1つのみ図示する)とを含んで
構成される。
【0028】前記ディスク31は、その軸が前記ロータ
11と連結しており、これと同期して回転する。また、
4つのスリット33が設けられており、各スリット33
は、中心角が30度となるような幅に設定されており、
後述するように、前記各突起13と対応する所定の位置
に配置される。
【0029】前記各センサ32は、後述するように、前
記各コイル14u〜14wと対応する3箇所に120°
毎に配置され、一般的には、それぞれ投光部32aと、
受光部32bとを含んで構成される。
【0030】コントロールユニット4は、前記各センサ
32、前記舵角センサ5、及び前記車速センサ6からの
出力信号に基づいて、前記各相の励磁電圧を対応するコ
イルに印加して、さらに遮断する制御を実行する。
【0031】次に、本SRモータの基本動作を、図5を
参照して説明する。尚、同図(a)及び(b)は、便宜
上、本SRモータの構成要素であるロータ11、ステー
タ12、ディスク31及び位置信号検出センサ32を重
ねて表示してある。
【0032】図5において、(a)は時刻taにおける
前記各構成要素の位置関係を、(b)は時刻tbにおけ
る同位置関係を示す。また、(c)は、この時間帯にお
ける各センサ32の出力信号と、各コイル14u〜14
wに印加される励磁電圧の基本波形を示す。
【0033】本実施の形態では、各スリット33を、
(a)及び(b)に示すように、各突起13に対して1
5度だけ進角方向にずらして設置する。また、各センサ
32を、図中の点で示すように、各コイル14u〜14
wを結ぶ直線上で、スリットの中心上を通過するような
位置に配置する。
【0034】以下において、前記各センサ32のうち、
U相コイル14uを結ぶ直線上に位置するものをU相セ
ンサ32u、V相コイル14vを結ぶ直線上に位置する
ものをV相センサ32v、また、W相コイル14wを結
ぶ直線上に位置するものをW相センサ32wと称す。
【0035】(a)を参照すると、U相コイル14uと
対向する位置に突起13が位置しており、(c)を参照
すれば、U相センサ32uが位置信号の終端である立ち
下がりを検出するとともに、V相センサ32vが位置信
号の先頭である立ち上がりを検出している。
【0036】この状態において、V相電圧のみを印加す
れば、V相コイル14vに電磁力が発生して近傍の突起
13を引き寄せるため、ロータ11は図中の矢印で示す
方向に回転する。
【0037】この後、時刻tbまでは、V相センサ32
vのみが位置信号を検出する。(a)の状態からロータ
11が30度回転して時刻tbに達すると、(b)に示
す状態となり、突起13はV相コイル14vと対向す
る。また、V相センサ32vは立ち下がりを検出し、W
相センサ32wが立ち上がりを検出する。
【0038】この状態で、V相電圧を遮断してW相電圧
を印加すれば、前述と同様にしてロータが回転し、
(b)の状態からさらに30度回転して、突起13はW
相コイル14wと対向し、W相センサ32wが立ち下が
りを検出すると共に、U相センサ32uが立ち上がりを
検出する(tc)。
【0039】ここで、前述と同様の手順を繰り返せば、
ロータ11はさらに30度回転し、(a)と同じ状態に
戻る。以上のようにロータ11が90度回転するために
要する時間を1周期と考える。
【0040】1周期の間に、前記各センサ32u〜32
wは1回ずつ順に位置信号を検出することが明らかであ
る。従って、これらの位置信号を基準とすれば、前記各
コイル14u〜14wに励磁電圧を順次印加することが
できる。
【0041】以上の制御の反復により、ロータ11の回
転を一定に維持することができる。ここで、図6に示す
ように、基本波形における印加時間Δtを延長或いは短
縮して、供給されるエネルギ量を調整すれば、前述の回
転を加速或いは減速させることができる。
【0042】加速させる場合は、同図左に示すように、
印加時間ΔtをΔt′のごとく延長するように補正設定
する。このための処理として本実施の形態では、(a)
に示すように、印加タイミング(t=ta)を、上述の
印加時間の差(Δt′−Δt)に相当する時間だけ早め
て補正設定する。
【0043】また、別の実施の形態によれば、(b)に
示すように、遮断タイミング(t=tb)を同じだけ遅
らせて補正設定しても、同様の効果を得ることができ
る。更に別の実施の形態によれば、(c)に示すよう
に、前記印加時間の差(Δt′−Δt)を、印加タイミ
ングの補正値と遮断タイミングの補正値の双方に好適に
分配し、各タイミングを同時に補正設定してもよい。
【0044】一方、減速する場合は、同図右に示すよう
に、印加時間ΔtをΔt″のごとく短縮する。これは、
上述の印加時間の差(Δt−Δt″)に相当する時間だ
け、印加タイミングを遅らせることにより達成できる。
【0045】また、他の実施の形態によれば、(b)の
ごとく遮断タイミングを同じだけ早めるか、或いは、前
述と同様に、(c)のごとく各タイミングを同時に補正
設定してもよい。
【0046】図7〜図11を参照して、本実施の形態に
よる制御プロセスを説明する。尚、上述の説明から、ロ
ータ11が30度だけ回転する毎に、各コイル14u〜
14wに対し、順に同様の電圧制御がなされることが明
らかであるので、以下の説明では、V相コイル14vの
みについて考える。
【0047】図7に示すS1では、V相センサ32vか
らの出力信号を読み込む。V相センサ32vは、スリッ
ト33の位置を確認すると、位置信号を検出する(t=
ta)。
【0048】S2では、前記位置信号の立ち下がりを検
出したか否かを判定する。検出しない場合は、リターン
され、再びV相センサ32vの出力信号を読み込んで、
同様の判定を繰り返す。
【0049】一方、検出した場合(t=tb)は、S3
に進んで、タイマにより検出後の経過時間を計時開始す
る。S4では、ロータ11の実回転数Nrを測定する。
【0050】前記実回転数は、例えば、位置信号の検出
周期である前回の立ち下がりから今回の立ち下がりまで
の経過時間より算出可能である。前記周期は、ロータ1
1が90度だけ回転するために要する時間に等しいから
である。
【0051】この部分が実回転数測定手段に相当する。
S5では、S4で測定された実回転数に基づいて、V相
電圧の印加タイミング(t=td)を設定する。本実施
の形態では、これを立ち下がり検出後の経過時間(td
−tb)として設定する。
【0052】S6では、前記実回転数に基づいて、V相
電圧の遮断タイミング(t=te)を設定する。これ
も、同様に、立ち下がり検出後の別の経過時間(te−
tb)として設定する。
【0053】S7では、図8に示す処理を実行する。S
10では、舵角センサ5からの出力信号を読み込み、操
舵角度を入力する。S11では、車速センサ6からの出
力信号を読み込み、車両速度を入力する。
【0054】S12では、入力された操舵角度及び車両
速度から、最適な操舵アシスト力を生成するための回転
数である目標回転数Noを設定する。この部分が、目標
回転数設定手段に相当する。
【0055】S13では、実回転数Nrが、目標回転数
Noに対する許容域内にあるいか否かが判定される。許
容域内にあれば、実回転数維持と判定され、図7のルー
チンに戻る。
【0056】一方、許容域内になければ、S14に進
み、実回転数Nrが、目標回転数Noより低いか否かが
判定される。高い場合は、S16に進む。
【0057】一方、低い場合は、S15に進んで、図1
0(a)に示すごとく、印加時間(te−td)を延長
するように、印加タイミング(t=td)を補正設定す
る(t=td′)。
【0058】また、前述のように、遮断タイミング(t
=te)を補正設定するか、或いは各タイミングを同時
に補正設定してもよい。S16では、実回転数Nrが、
目標回転数Noより高いか否かが判定される。
【0059】低い場合は、図7のルーチンに戻る。一
方、高い場合は、S17に進んで、図10(b)に示す
ごとく、印加時間を短縮するように、印加タイミングを
補正設定する(t=td″)。
【0060】また、同様に、遮断タイミングを補正設定
するか、或いは各タイミングを同時に補正設定してもよ
い。S8では、仮に時刻tbでV相電圧が遮断されなか
った場合に、強制的にこれを遮断する。位置信号の検出
はディスク31の回転に依存している一方、遮断タイミ
ングは時間で制御されるため、立ち下がりの検出後にお
いても印加され続けるという状況(逆方向の駆動力が生
じる)を回避するために、このような処理を設ける。
【0061】S9では、図9に示す制御を実行する。S
20では、印加タイミング(t=td、t=td′、或
いはt=td″)に達したか否かが判定される。
【0062】達していない場合は、これに達するまで同
判定が繰り返される一方、達した場合は、S21におい
てV相電圧を印加する。S22では、遮断タイミング
(t=te)に達したか否かが判定される。
【0063】達していない場合は、これに達するまで同
判定が繰り返される一方、達した場合は、S23におい
てV相電圧を遮断する。S20〜S23までが電圧制御
手段に相当する。
【0064】その後リターンされると、再びV相センサ
32vの出力信号を読み込み、位置信号の立ち下がりを
監視する。以上の制御によれば、最適な操舵アシスト力
を生成するために必要なモータの回転数を目標回転数と
して設定し、これと実回転数との比較によって印加時間
を補正設定することで、供給すべきエネルギ量を容易に
調整でき、現状の作動状態に応じた、効率の高い制御が
可能となる。
【0065】尚、以上の説明では、自動車用パワーステ
アリング装置のオイルポンプを回転させる動力手段とし
て適用される例について示したが、他の用途に使用され
るSRモータを制御する装置として多様な利用性がある
ことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】 本発明の一実施形態に係るSRモータの制御
装置のシステム概略図
【図3】 同上SRモータの内部構造を示した概略図
【図4】 同上SRモータの制御装置本体の内部構造を
示した慨略図
【図5】 同上SRモータ及びその制御装置の基本動作
を示す図
【図6】 印加時間の補正例を示す図
【図7】 センサ出力信号の処理ルーチンを示すフロー
チャート
【図8】 印加時間を補正設定するための処理を示すフ
ローチャート
【図9】 電圧制御を示すフローチャート
【図10】本発明の一実施形態に係るSRモータの制御
装置により制御された電圧波形を示す図
【符号の説明】
1 SRモータ本体 2 オイルポンプ 3 制御装置本体 4 コントロールユニット 5 舵角センサ 6 車速センサ 11 ロータ 12 ステータ 13 突起 14 コイル 31 ディスク 32 位置信号検出センサ 33 スリット
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B62D 113:00 Fターム(参考) 3D032 CC21 CC27 DA03 DA23 DA63 EC03 3D033 CA13 CA17 CA20 CA21 EB02 EB04 5H550 AA16 DD09 FF02 FF04 GG01 GG03 HB02 HB16 JJ18 JJ25 LL01 LL35 LL36

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周方向に等間隔に配置された磁性材料を含
    む4つの突起を設けたロータと、周方向に等間隔に配置
    された6つのコイルを設けたステータとを含んで構成さ
    れ、前記各コイルのうち軸対称位置に配置するものに同
    じ相の励磁電圧を順次印加することにより駆動するモー
    タの制御装置において、 前記ロータと同期して回転し、前記各突起と対応する所
    定の位置に配置した4つのスリットを有するディスク
    と、前記各スリットの位置を前記各相の励磁電圧を印加
    するコイルと対応する所定の位置で検出する3つの位置
    信号検出センサと、を含む一方、 前記各センサが位置信号を検出した時に、モータの実際
    の回転数を測定する実回転数測定手段と、 前記位置信号を基準として、測定された実回転数に応
    じ、前記各コイルに、対応する相の励磁電圧を印加し、
    また遮断する電圧制御手段と、 目標回転数を可変設定する目標回転数設定手段と、 設定された目標回転数に応じて、前記励磁電圧の印加か
    ら遮断までの時間である印加時間を補正設定する印加時
    間補正手段と、 を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 【請求項2】前記印加時間補正手段が、前記実回転数と
    前記目標回転数とを比較して、前記印加時間を補正設定
    することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3. 【請求項3】前記印加時間補正手段が、前記印加のタイ
    ミングを補正設定することによって達成されることを特
    徴とする請求項2記載のモータ制御装置。
  4. 【請求項4】前記印加時間補正手段が、前記遮断のタイ
    ミングを補正設定することによって達成されることを特
    徴とする請求項2記載のモータ制御装置。
  5. 【請求項5】自動車用パワーステアリング装置の操舵ア
    シスト力発生用モータとして使用されるモータの制御装
    置であって、 前記目標回転数設定手段が、前記操舵アシスト力の増大
    を要する場合に、前記目標回転数を高く設定することを
    特徴とする請求項3又は4記載のモータ制御装置。
  6. 【請求項6】前記目標回転数設定手段が、前記操舵アシ
    スト力を決定するパラメータとして、少なくとも操舵角
    度を測定することを特徴とする請求項5記載のモータ制
    御装置。
  7. 【請求項7】前記目標回転数設定手段が、前記操舵アシ
    スト力を決定するパラメータとして、少なくとも車両速
    度を測定することを特徴とする請求項5又は6記載のモ
    ータ制御装置。
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