JP2000287487A - 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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JP2000287487A
JP2000287487A JP11091825A JP9182599A JP2000287487A JP 2000287487 A JP2000287487 A JP 2000287487A JP 11091825 A JP11091825 A JP 11091825A JP 9182599 A JP9182599 A JP 9182599A JP 2000287487 A JP2000287487 A JP 2000287487A
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Tomoaki Honma
智昭 本間
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】 基準チョッピングタイミングより長くなるこ
とを防止し、電気モータの騒音発生を防止する。 【解決手段】 昇順鋸波発生回路11により、昇順鋸波
信号S5およびこの昇順鋸波に同期して基準チョピング
タイミングを生じさせる2値信号S6を生成し、昇順鋸
波信号S5を反転させて降順鋸波信号S7を基準電流信
号S3に加算して、加算信号S8と実電流信号S1との
比較により2値信号S9を生成する。また、フリップフ
ロップ17により、信号S9が立下がる度に低レベルL
となり、基準チョッピングタイミングになる度に高レベ
ルとなる信号S11を生成し、コイル1への通電期間中
は高レベルHとなる2値信号S4と信号S9とをアンド
ゲート15に入力し、その出力信号S10と信号S11
をアンドゲート18に入力して信号S12を生成した
後、この信号S12と基準チョッピングタイミング信号
S6によりスイッチング素子4を動作させる信号S13
を生成する 。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気モータの通電
制御装置に関し、例えば、コイルに流れる通電を切り換
えて駆動を行うスイッチドリラクタンスモータ等のチョ
ッピング制御に係わる。
【0002】
【従来の技術】電気モータの電気コイルのような負荷に
流れる電流のレベルを制御する場合、例えば一般的にコ
イルに流れる通電を切り換えて駆動を行うスイッチドリ
ラクタンス(SR)モータでは、H型スイッチング回路
等を用いて電気モータのコイル等の負荷に通電し、負荷
に流れる電流を抵抗器等の検出手段を用いて検出する方
法をとる。この場合、予め定めた基準電流値と検出した
電流値とを2値的に比較して、基準電流値>実電流値の
時にはスイッチング素子をオンにし、基準電流値≦実電
流値の時にはスイッチング素子をオフすることにより制
御される。これにより、スイッチング素子のオン/オフ
が繰り返され、コイルに流れる電流が変化し、基準電流
値に応じた値(近い値)に制御される。
【0003】例えば、特開平8−172793号公報に
記載されるように、この種のチョッピング通電制御装置
においては、スイッチング素子がオン/オフする周波数
(チョッピング周波数)が高くなるに従って、スイッチ
ング素子等におけるエネルギー損失が増大し、発熱量が
増えることから、チョッピング周波数をあまり高くする
のは望ましくない。これとは逆に、チョッピング周波数
が低すぎると、基準電流値と実電流値との差が増大し、
モータ制御の精度が低下する。チョッピング周波数が人
の可聴周波数帯域内である場合には、電流のチョッピン
グによって生じる機械振動が、騒音として人間に聴こえ
るので望ましくない。
【0004】このため、チョッピング通電制御装置にお
いては、一般に、チョッピング周波数が人間の可聴周波
数帯域(可聴域という)の上限よりやや高い程度(例え
ば、15KHz)になるように、チョッピング周波数を
設定するが、基準電流値と実電流値とを単純に比較して
得られる2値信号を用いて、スイッチング素子をオン/
オフ制御する場合には、チョッピング周波数は変動し、
あまり安定した動作は期待できない。即ち、電気コイル
のインピーダンスがロータの回転角度の変化に伴って変
化し、スイッチング素子をオンにした時の電流の上昇カ
ーブの傾きと、スイッチング素子をオフにした時の電流
の下降カーブの傾きが変動するため、それによってチョ
ッピング周波数が変動し、電気コイルのインピーダンス
の変動に伴って、異常な騒音等が生じる。
【0005】そこで、特開平8−172793号公報に
記載のチョッピング通電制御装置においては、チョッピ
ング制御されて負荷に実際に流れる電流に対応する第1
の信号と、基準電流値を定める第2の信号とを比較し
て、該比較の結果に応じた2値信号を、負荷の通電のオ
ン/オフ制御に利用する、チョッピング通電制御装置に
おいて、負荷をスイッチングする素子に印加するオン/
オフ信号を、実電流値が基準電流値を超えた時にオフし
(スイッチング素子をオフにし)、周期が一定(例えば
15KHz)の基準チョッピングタイミングになる度
に、実電流値と基準電流値とを比較して、実電流値<基
準電流値であればオン/オフ信号ををオンにし、実電流
値≧基準電流値であればオン/オフ信号をオフに維持す
るように制御することとするか、あるいは、ほぼ一定の
周期で生じる、基準チョッピングタイミングを生成する
タイミング生成手段と、上記2値信号のオンからオフへ
の切換わりが生じる度に第1のレベルにセットされ、上
記基準チョッピングタイミングになる度に第2のレベル
にセットされる許可フラグ信号を生成する許可信号生成
手段と、上記許可フラグ信号が上記第1のレベルの期間
中は、負荷の通電のオフからオンへの切換わりを禁止す
る禁止制御手段を設け、これによって、オン/オフ信号
のオン/オフ周期の変動を小さくして、異常発熱や騒音
の発生を防止しようとしている。
【0006】
【本発明が解決しようとする課題】このようなチョッピ
ング通電制御装置をスイッチドリラクタンスモータの通
電制御装置に適用した場合、ステータのポールに巻回さ
れた電気コイルのインピーダンスがロータの回転角度の
変化に伴って変化する。このことにより、ロータの回転
角度によりインダクタンスが変化し、スイッチング素子
のオン/オフ時の立ち上がりまたは立ち下がり勾配が変
化するものとなり、基準チョッピングタイミング(図4
に示すように駆動許可信号が出力されているタイミン
グ)において実電流信号が目標電流となる基準電流信号
よりも高い場合には、実電流信号が基準電流信号以下に
なって初めて通電許可信号がオンになり、一定周期より
も長くならないように制御を行うが、周期が乱れてしま
う場合が起こり得る。つまり、電気コイルへの通電がオ
フからオンに切換わった後、オンからオフに切換わり、
再びオフからオンに切換わるまでの時間が基準チョッピ
ングタイミングの1周期(例えば、15KHz)よりも
長くなることがあり、これによって騒音が発生する。
【0007】よって、本願では基準チョッピングタイミ
ングより長くなることを防止し、電気モータの騒音発生
を防止することを技術的課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
するために講じた技術的手段は、電気モータのコイルに
流れる電流信号を生成する実電流信号生成手段と、前記
コイルに流すべき基準電流値を表す基準電流信号を生成
する基準電流信号生成手段と、一定周期の基準チョッピ
ングタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段
と、前記基準チョッピングタイミングに同期しかつ振幅
が一定の鋸波信号を生成する鋸波信号生成手段と、前記
基準電流信号に前記鋸波信号を加算した補正基準電流信
号を生成する補正基準電流信号生成手段と、前記実電流
信号を前記補正基準電流信号と比較し、その前者がその
後者を下回るときは第1のレベルになり、かつ、その前
者がその後者を上回るときは第2のレベルになる2値信
号を生成する2値信号生成手段と、前記2値信号の第2
のレベルから第1のレベルへの切換わりが生じると出力
が第1のレベルにセットされ、前記基準チョッピングタ
イミングになる度に第2のレベルにセットされる許可フ
ラグ信号を生成する許可フラグ信号生成手段と、前記許
可フラグ信号および前記2値信号が第2のレベルのとき
のみ第2のレベル信号を許可判定信号として出力する許
可判定手段と、前記許可判定信号と前記基準チョッピン
グタイミングが一致したときに前記コイルへの通電をオ
ンからオフへ切換え、一致しないときに前記コイルへの
通電をオンとする通電切換手段と、を備えたことであ
る。
【0009】上記の構成によれば、スイッチング素子へ
の通電を許可する許可フラグ信号および実電流信号と基
準電流信号に基づく2値信号が第2のレベルのときのみ
第2のレベル信号を許可判定信号に基づき従来のように
スイッチング素子を切り換えるのではなく、許可判定信
号と基準チョッピングタイミングが一致したときにコイ
ルへの通電をオンからオフへ切換え、一致しないときに
コイルへの通電をオンとする通電切換手段を設けたこと
により、基準チョッピングタイミングに同期して電気コ
イルに通電を行うスイッチング素子へのオン/オフが切
り換わるので、電気コイルへの通電オン/オフ周期を可
聴域よりやや高い周波数で生じさせる基準チョッピング
タイミングの周期より長くなることが防止でき、騒音の
発生が防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
【0011】図1は、3相のスイッチドリラクタンスモ
ータにおける1相電気コイル1の通電制御装置を示して
いる。この装置は、電気コイル1の一端と電源高電位ラ
イン2との間に介挿された第1のスイッチング素子4
と、電気コイル1の他端と電源低電位ライン3との間に
介挿された第2のスイッチング素子5と、電気コイル1
の一端と電源低電位ライン3との間に介挿され、その後
者からその前者への電流流通は許す第1ダイオード6
と、電気コイル1の他端と電源高電位ライン2との間に
介挿されている。また、前者から後者への電流の流れは
許容する第2ダイオード7と、スイッチング素子4と電
気コイル1との間に介挿され、電気コイル1に実際に流
れる実電流値を表す信号S1(アナログ信号である)を
生成する電流値センサ8とを備える。尚、ここでのスイ
ッチング素子4、5は、ゲート絶縁型バイポーラトラン
ジスタ(IGBT)を使用している。
【0012】電流波形生成回路9は、スイッチドリラク
タンス(SR)モータのロータの回転角度を検出するロ
ータ回転軸に取付けられたロータ角度センサ10からの
信号S2(デジタル信号である)に基づき、ロータ角度
センサ10により検出されたロータ回転角度において電
気コイル1に流すべき基準電流値を表す信号S3(アナ
ログ信号である)を生成すると共に、電気コイル1への
通電開始角度から通電終了通電角度までの間にわたり高
レベルHとなり、その他の回転角度では低レベルLとな
る2値信号S4を生成する。ロータ回転角度に対応する
基準電流値、通電開始角度および通電終了角度は、スイ
ッチドリラクタンスモータの作動に関する外部からの要
求に対応して設定されるものであり、該要求の変化に応
じて変更される。
【0013】昇順鋸波発生回路11は、周期および振幅
が一定の昇順鋸波信号S5(アナログ信号である)およ
びこの昇順鋸波信号S5に同期した周期の基準チョッピ
ングタイミング信号S6を生成する。基準チョッピング
タイミング信号S6は、1周期の時間が経過する毎に瞬
間的に鋸波信号の最大振幅の位置で発生する信号(オン
時間:3μsec)、つまり、鋸波信号S5に同期して
(低レベルL−高レベルH−低レベルL)変化する2値
信号である。この基準チョッピングタイミング信号S6
の周期は、人の可聴周波数帯域(可聴域)よりは若干高
い周波数(15KHz)に設定されている。反転回路1
2は昇順鋸波信号S5を反転して降順鋸波信号S7を生
成し、加算回路13はロータ角度センサ10からのロー
タ角度信号S3に降順鋸波信号S7を加算して目標電流
とする補正基準電流信号S8を生成する。
【0014】比較回路14は、実電流信号S1を補正基
準電流信号(目標電流信号)S8と比較し、実電流信号
S1が補正基準電流信号S8よりも大きければ低レベル
L(第1のレベル)となり、実電流信号S1が補正基準
電流信号S8より小さければ高レベルH(第2のレベ
ル)となる2値信号S9を生成する。
【0015】この2値信号S9は、アンドゲート15の
2つの入力端子の一方へ入力されると共に、インバータ
16により反転されてフリップフロップ17の入力端子
CLK端子に入力される。一方、アンドゲート15の他
方の入力端子には電流波形生成回路9からの信号S4が
入力される。信号S4はスイッチング素子5へも入力さ
れ、通電期間中は高レベルHが出力されるものであっ
て、スイッチング素子5は信号S4が高レベルHであれ
ばオン(閉)となり、また信号S4が低レベルであれば
オフ(開)となる。
【0016】アンドゲート15が出力する2値信号S1
0は、更にアンドゲート18の一方の入力端子に入力さ
れる。また、アンドゲート18の他方の入力端子にはフ
リップフロップ17の反転出力端子から出力される2値
信号S11が入力される。フリップフロップ17のD端
子は常時プルアップされており、Q出力をクリアするC
LR端子には、基準チョッピングタイミング信号S6が
入力される。フリップフロップ17の反転出力端子の出
力である2値信号S11は、信号S9の立下がりに応答
して高レベルHから低レベルLへと切換わると共に、基
準チョッピングタイミング信号S6の立上りに応答して
低レベルLから高レベルHへと切換わる。信号S11が
高レベルHであるときには、アンドゲート18が出力す
る2値信号S12は2値信号S10が高レベルHであれ
ば高レベルHとなり、また2値信号S10が低レベルL
であれば信号S12も低レベルLとなる。更に、アンド
ゲート18が出力する2値信号S12は、エクスクルー
シブ・オア(EXOR)ゲート21の一方の入力端子に
入力されると共に、もう一方の入力端子には基準チョッ
ピングタイミング信号S6が入力され、EXORゲート
21の出力はコイル1に通電を行うアッパー側のスイッ
チング素子4に入力される。
【0017】通電切換信号となる信号S13は、基準チ
ョッピングタイミング信号S6とコイル1への通電を許
可とする許可判定信号S12との信号状態が一致する場
合に低レベルLを出力し、両者の信号状態が一致しない
場合には高レベルHを出力する。つまり、フリップフロ
ップ17の反転出力端子の信号S11が高レベルHであ
るとき、信号S10が高レベルHから低レベルLへ変化
することに応じて信号S12が高レベルHから信号S1
2は低レベルLへ変化し、また信号S10が低レベルL
から高レベルHへ変化することに応じて信号S12が低
レベルLから高レベルHへ変化する。しかし、信号S1
1が低レベルLであるときには、アンドゲート18によ
り信号S10が低レベルLから高レベルHに変化しても
信号S12は低レベルLに保持され、信号S10,S1
1が共に高レベルHになって初めて、信号S12が高レ
ベルHになる。この場合、基準チョッピングタイミング
信号S6が鋸波発生回路11により一定周期で生成され
ることから、その信号周期で生成され、通電切換信号S
13が高レベルHで信号S6と信号状態が一致していな
い場合においてはスイッチング素子4がオンとなり、ま
た信号S12が低レベルLで信号S6と信号状態が一致
する場合においてはスイッチング素子4がオフとなる。
【0018】尚、この場合、昇順鋸波発生回路11から
の信号S5の電圧の振幅VPは、電流センサ8が出力す
る信号S1のオフセット電圧(電気コイル1に流れる実
電流値がゼロのときの電圧)以下に設定されている。
【0019】次に、図1に示すSRモータのチョッピン
グ通電制御装置の作用を、図1および図2を参照して説
明する。ロータ回転角度が、電気コイル1への通電開始
角度(オン角度)に至ったとき、信号S4が低レベルL
から高レベルHに切換わり、これによってスイッチング
素子5がオフからオンに切換わり、その後、ロータ回転
角度が通電終了角度(オフ角度)に至ったとき、信号S
4が高レベルHから低レベルLに切換わり、これによっ
て、スイッチング素子5はオンからオフに切換わるよう
になっている。
【0020】スイッチング素子5がオンの期間中におい
て、スイッチング素子4がオンとなれば電源(図示省
略)から電気コイル1に電流が供給され、この状態の基
でスイッチング素子4がオフとなれば外部電源から電気
コイル1への電流供給が停止する。
【0021】他方、ロータ回転角度が通電開始角度(オ
ン角度)から通電終了角度(オフ角度)に変化する過程
においては、ロータ角度センサ10により検出されたロ
ータ回転角度が変化する毎に、ロータ角度センサ10か
らの信号S3のレベルが、ロータ回転角度に対応する基
準電流値を表すレベルに変化する。ロータ回転角度が通
電開始角度に至る以前においては信号S3のレベルがゼ
ロであり、信号S5の振幅VPが信号S1のオフセット
電圧以下であることにより、信号S3のレベルに降順鋸
波信号S7のレベルが加算された補正基準電流信号S8
が信号S1のレベルを超えることはなく、信号S9は低
レベルLである。通電開始時には信号S3のレベルが上
がることにより実電流信号S1が補正基準電流信号S8
よりも小さい関係が生じて信号S9が低レベルLから高
レベルHに切換わり、信号S10が低レベルLから高レ
ベルHに切換わる。信号S9の低レベルLから高レベル
Hへの切換わりがフリップフロップ17の出力信号S1
1に影響することはなく、信号S11が低レベルLにな
っていることから信号S12も低レベルLになってい
る。
【0022】基準チョッピングタイミングになった時、
信号S11が低レベルLから高レベルHに切換わり、ア
ンドゲート18の2つの入力が共に高レベルHとなり、
信号S12が低レベルLから高レベルHに切換わり、基
準チョッピングタイミング信号S6と信号S12との信
号状態が一致しない場合においてはスイッチング素子4
がオンとなり、電気コイル1に通電され、電源から電気
コイル1に電流が供給される。この場合、EXORゲー
ト21により、信号S9の状態が高レベルHの場合には
スイッチング素子4をオンすべきところをオフにし、低
レベルLの場合にはスイッチング素子4をオフすべきと
ころをオンとする逆駆動信号として機能させ、このスイ
ッチング素子4を駆動する逆駆動信号S13は出力時間
を限定して行い、実電流に影響が出ない範囲内(例え
ば、3μsec)で目標電流を維持する(図3参照)。
よって、スイッチング素子4は基準チョッピングタイミ
ング信号の周期でオン/オフされる。
【0023】その後、電気コイル1に流れる実電流値が
上昇し、実電流信号S1のレベルが補正基準電流信号S
8のレベルを上回ると、信号S9が高レベルH(第2の
レベル)から低レベルL(第1のレベル)に切換わり、
フリップフロップ17が出力する信号S11が高レベル
Hから低レベルLに切換わり、これにより信号S12が
高レベルHから低レベルLに切換わり、そのときの状態
が基準チョッピングタイミング信号と比較され、スイッ
チング素子4がオンからオフに切換わって、電源から電
気コイル1への電流供給が停止する。スイッチング素子
4がオンからオフに切換わっても電気コイル1に実際に
流れる電流値はスイッチング素子4がオンから完全なオ
フに切換わるまでの時間遅れによってしばらくの間上昇
し続ける。スイッチング素子4がオンからオフに切換わ
った後、電気コイル1に流れる電流値が下降を開始して
信号S1のレベルが信号S8のレベルを下回ると、信号
S9が低レベルLから高レベルHに切換わる。この信号
S9の低レベルLから高レベルHへの切換わりが基準チ
ョッピングタイミングT2よりも前である場合には、信
号S11が低レベルLになっているため信号S12が低
レベルLから高レベルHに切換わることはなく、スイチ
ング素子4のオフが続く。次の基準チョッピングタイミ
ングになった時に信号S11が低レベルLから高レベル
Hに切換わり、アンドゲート18の2つの入力が共に高
レベルHとなり、信号S12が低レベルLから高レベル
Hに切換わる。この状態では、基準チョッピングタイミ
ング信号を受けて両者の信号状態が一致していないので
スイッチング素子4がオフからオンに切換わり、電源か
ら電気コイル1に電流が供給されて電気コイルに流れる
電流値が再び上昇する。その後、実電流信号S1が信号
S8を上回った時に信号S9が高レベルHから低レベル
Lに切換わり、基準チョッピングタイミング信号の状態
によりスイッチング素子4がオン/オフされるものとな
る。
【0024】補正基準電流信号S8は、基準電流信号S
3に降順鋸波信号S7を加算したものであることにより
基準チョッピングタイミングT1、T2、T3、T4、
T5、T6、・・・になった時にレベルVPだけ瞬間的
に上昇する。これにより、基準チョッピングタイミング
T3、T4、T5、T6、・・・になった時に信号S8
が信号S3を上回っていても、VP未満であれば信号S
9が高レベルHから低レベルLに切換わり、これにより
信号S11が低レベルLから高レベルHに切換わるの
で、基本的に基準チョッピングタイミングになった時に
信号S12が低レベルLから高レベルHに切換わり、ス
イッチング素子4がオフからオンに切換わる。この場
合、信号S12は基準チョッピングタイミング信号を基
にしてEXORゲート21によりスイッチング素子4を
動作させる通電切換信号S13を生成しているので、必
ず基準チョッピングタイミングの周期でオン/オフされ
(図3参照)、電気コイル1への通電のオン/オフの1
周期が基準チョッピングタイミングの周期よりも長くな
ることが防止され、騒音の発生が防止できる。
【0025】
【効果】本発明によれば、スイッチング素子への通電を
許可する許可フラグ信号および実電流信号と基準電流信
号に基づく2値信号が第2のレベルのときのみ第2のレ
ベル信号を許可判定信号に基づき従来のようにスイッチ
ング素子を切り換えるのではなく、許可判定信号と基準
チョッピングタイミングが一致したときにコイルへの通
電をオンからオフへ切換え、一致しないときにコイルへ
の通電をオンとする通電切換手段を設けたことにより、
基準チョッピングタイミングに同期して電気コイルに通
電を行うスイッチング素子へのオン/オフが切り換わる
ので、電気コイルへの通電オン/オフ周期を可聴域より
やや高い周波数で生じさせる基準チョッピングタイミン
グの周期より長くなることが防止でき、騒音の発生が防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態における電気モータの通
電制御装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図2】 図1の所定部位におけるタイミングチャート
である。
【図3】 本発明の要所部分を示すタイミングチャート
である。
【図4】 従来例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 電気コイル(コイル) 8 電流センサ(実電流信号生成手段) 9 電流波形生成回路(基準電流信号生成手段) 10 ロータ角度センサ 11 鋸波発生回路(タイミング信号生成手段、鋸波信
号生成手段) 13 加算回路(補正基準電流信号生成手段) 14 比較回路(2値信号生成手段) 15 アンドゲート 17 フリップフロップ(許可フラグ信号生成手段) 18 アンドゲート(許可判定手段) 21 エクスクルーシブ・オアゲート(通電切換手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気モータのコイルに流れる電流信号を
    生成する実電流信号生成手段と、 前記コイルに流すべき基準電流値を表す基準電流信号を
    生成する基準電流信号生成手段と、 一定周期の基準チョッピングタイミング信号を生成する
    タイミング信号生成手段と、 前記基準チョッピングタイミングに同期しかつ振幅が一
    定の鋸波信号を生成する鋸波信号生成手段と、 前記基準電流信号に前記鋸波信号を加算した補正基準電
    流信号を生成する補正基準電流信号生成手段と、 前記実電流信号を前記補正基準電流信号と比較し、その
    前者がその後者を下回るときは第1のレベルになり、か
    つ、その前者がその後者を上回るときは第2のレベルに
    なる2値信号を生成する2値信号生成手段と、 前記2値信号の第2のレベルから第1のレベルへの切換
    わりが生じると出力が第1のレベルにセットされ、前記
    基準チョッピングタイミングになる度に第2のレベルに
    セットされる許可フラグ信号を生成する許可フラグ信号
    生成手段と、 前記許可フラグ信号および前記2値信号が第2のレベル
    のときのみ第2のレベル信号を許可判定信号として出力
    する許可判定手段と、 前記許可判定信号と前記基準チョッピングタイミングの
    信号状態が一致したときに前記コイルへの通電をオンか
    らオフへ切換え、一致しないときに前記コイルへの通電
    をオンとする通電切換手段と、を備えたことを特徴とす
    るチョッピング通電制御装置。
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