JP2003189664A - Motor driver - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はモータドライバに関
し、特にサーボモータに適したモータドライバに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor driver, and more particularly to a motor driver suitable for a servo motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】モータドライバは通常、図4に示すよう
に、DC電源部41とアンプ部42を含んでいる。DC
電源部41は、図5に示すようなダイオードブリッジに
よる整流器41−1と平滑用コンデンサ41−2から成
るものがある。あるいはまた、図6に示すように、図5
の平滑用コンデンサ41−2の後段に定電圧を得るため
の安定化電源装置41−3を追加したものが使われてい
る。2. Description of the Related Art A motor driver usually includes a DC power supply section 41 and an amplifier section 42, as shown in FIG. DC
The power supply unit 41 includes a rectifier 41-1 using a diode bridge and a smoothing capacitor 41-2 as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG.
A smoothing power supply device 41-3 for obtaining a constant voltage is added after the smoothing capacitor 41-2.
【0003】安定化電源装置41−3は、直流電圧の正
側の出力ラインに挿入接続されたトランジスタTr4
1、正負の出力ライン間に直列接続された抵抗R41、
R42による分圧回路、基準電圧源V41、比較アンプ
A41とを有する。比較アンプA41の一方の入力は抵
抗R41とR42の接続点に接続され、他方の入力は基
準電圧源V41の正側に接続されている。The stabilized power supply device 41-3 includes a transistor Tr4 inserted and connected to the output line on the positive side of the DC voltage.
1, a resistor R41 connected in series between the positive and negative output lines,
It has a voltage dividing circuit by R42, a reference voltage source V41, and a comparison amplifier A41. One input of the comparison amplifier A41 is connected to the connection point of the resistors R41 and R42, and the other input is connected to the positive side of the reference voltage source V41.
【0004】安定化電源装置41−3を付加したDC電
源部41の場合、アンプ部42(図3)に供給される定
電圧はモータMの最大速度あるいは最大負荷時に必要と
される最大電圧となる。In the case of the DC power supply unit 41 to which the stabilized power supply unit 41-3 is added, the constant voltage supplied to the amplifier unit 42 (FIG. 3) is the maximum voltage required for the maximum speed or maximum load of the motor M. Become.
【0005】一方、安定化電源装置を付加しない場合
は、DC電源部41への入力電圧Vcの変動や、アンプ
部42で消費される電流の変化による整流後電圧VDCの
変動を考慮した高めの電圧に設定する。On the other hand, in the case where the stabilized power supply device is not added, the fluctuation is considered in consideration of the fluctuation of the input voltage Vc to the DC power supply section 41 and the fluctuation of the rectified voltage VDC due to the change of the current consumed in the amplifier section 42. Set to the voltage of.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの場合
次の問題がある。However, in these cases, there are the following problems.
【0007】1.アンプ部42がリニア方式アンプを含
む場合、モータMの最大速度あるいは最大負荷時以外、
特に低速あるいは低負荷での駆動時には整流後電圧VDC
とモータMの端子電圧VM との差が必要以上に大きくな
り、アンプ部42の電力損失が大きくなる。例えば、モ
ータ停止時の押し当て動作時に特に大きな電力損失が生
じる。これは、アンプ部42の電力損失は以下の式で表
されるからである。但し、IM はモータMの駆動電流で
ある。1. When the amplifier unit 42 includes a linear type amplifier, except when the motor M is at maximum speed or maximum load,
Especially when driven at low speed or low load, the rectified voltage V DC
And the terminal voltage V M of the motor M become larger than necessary, and the power loss of the amplifier section 42 becomes large. For example, a particularly large power loss occurs during the pressing operation when the motor is stopped. This is because the power loss of the amplifier section 42 is expressed by the following equation. However, I M is the drive current of the motor M.
【0008】アンプ部損失W=(VDC−VM )×IM
2.アンプ部42がPWM(Pulse Width
Modulation)方式のアンプを含む場合では、
アンプ部42の入力電圧、つまり整流後電圧V DCと、出
力電圧、つまりモータMの端子電圧VM との差がアンプ
ゲインの係数になる。このため、整流後電圧VDCと端子
電圧VM との電圧差が最大でも安定動作するようにゲイ
ンを下げる必要があり、常に最適なゲインで動作させる
ことができない。Amplifier loss W = (VDC-VM) × IM
2. The amplifier unit 42 is a PWM (Pulse Width)
In the case of including a Modulation type amplifier,
The input voltage of the amplifier section 42, that is, the rectified voltage V DCOut
Force voltage, that is, the terminal voltage V of the motor MMThe difference with the amplifier
It becomes a coefficient of gain. Therefore, the rectified voltage VDCAnd terminal
Voltage VMGay to ensure stable operation even when the voltage difference between
It is necessary to lower the level, and always operate at the optimum gain.
I can't.
【0009】更に、安定化電源装置を付加しないDC電
源部の場合は、以下の問題がある。Further, in the case of the DC power supply section to which the stabilized power supply device is not added, there are the following problems.
【0010】A.モータの端子電圧と電源電圧の関係が
変化し、モータ制御の精度が低下する。A. The relationship between the motor terminal voltage and the power supply voltage changes, and the accuracy of motor control deteriorates.
【0011】B.ドライバの電力損失が増えるため発熱
が大きくなり、放熱手段を備えるために装置が大型化す
る。B. Since the power loss of the driver increases, the amount of heat generated increases, and the size of the device increases due to the provision of heat dissipation means.
【0012】そこで、本発明の課題は、アンプ部での電
力損失が小さく、常に最適なアンプゲインで動作させる
ことができるモータドライバを提供することにある。[0012] Therefore, an object of the present invention is to provide a motor driver which has a small power loss in the amplifier section and can always be operated with an optimum amplifier gain.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、直流電圧を生
成するためのDC電源部と、前記直流電圧でモータを制
御するアンプ部とを備えたモータドライバにおいて、前
記DC電源部と前記アンプ部との間に、前記モータの端
子電圧に連動した直流電圧を前記アンプ部に供給するた
めの可変電圧電源部を設けたことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a motor driver comprising a DC power supply section for generating a DC voltage and an amplifier section for controlling a motor with the DC voltage, the DC power supply section and the amplifier. And a variable voltage power supply unit for supplying a DC voltage interlocked with the terminal voltage of the motor to the amplifier unit.
【0014】本モータドライバにおいては、前記可変電
圧電源部は、前記モータの端子電圧と前記アンプ部の入
力電圧の差を一定に保つように電圧制御を行う。In the present motor driver, the variable voltage power supply section performs voltage control so that the difference between the terminal voltage of the motor and the input voltage of the amplifier section is kept constant.
【0015】本モータドライバにおいてはまた、前記ア
ンプ部は、複数の第1の素子による増幅回路と、前記モ
ータの駆動電流を検出するための電流センサからの電流
検出信号と前記モータの位置あるいは速度センサからの
位置あるいは速度検出信号と速度指令値または電流指令
値とを受けて演算を行い、該演算結果に基づいて前記増
幅回路を制御するための制御演算部とを含み、前記可変
電圧電源部は、前記モータの端子電圧を、前記制御演算
部からの前記速度指令値または速度検出信号と前記電流
指令値または電流検出信号を用いて演算することで得る
ための電圧演算部を含む。In the motor driver of the present invention, the amplifier section includes an amplifier circuit including a plurality of first elements, a current detection signal from a current sensor for detecting a drive current of the motor, and a position or speed of the motor. The variable voltage power supply unit includes a control calculation unit for performing a calculation by receiving a position or speed detection signal from a sensor and a speed command value or a current command value, and controlling the amplification circuit based on the calculation result. Includes a voltage calculation unit for calculating the terminal voltage of the motor by using the speed command value or speed detection signal and the current command value or current detection signal from the control calculation unit.
【0016】本モータドライバにおいては更に、前記可
変電圧電源部は、前記DC電源部からの電圧ラインに挿
入接続された第2の素子と、前記電圧演算部で得られた
前記モータの端子電圧に基づいて前記第2の素子の制御
を行うための制御回路とを含む。In the motor driver of the present invention, the variable voltage power supply unit further includes a second element inserted into and connected to a voltage line from the DC power supply unit and a terminal voltage of the motor obtained by the voltage calculation unit. And a control circuit for controlling the second element based on the above.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】図1〜図3を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図1において、本発明に
よるモータドライバは、ダイオードブリッジによる整流
器11−1と平滑用コンデンサ11−2を備えて直流電
圧を生成するためのDC電源部11と、直流電圧でサー
ボモータMを制御するためのアンプ部12、DC電源部
11とアンプ部12との間に設けられて、サーボモータ
Mの端子電圧に連動した直流電圧をアンプ部12に供給
するための可変電圧電源部13とから成る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a motor driver according to the present invention controls a servo motor M by a DC power supply unit 11 including a rectifier 11-1 by a diode bridge and a smoothing capacitor 11-2 for generating a DC voltage, and a DC voltage. And a variable voltage power supply unit 13 provided between the DC power supply unit 11 and the amplifier unit 12 for supplying a DC voltage interlocked with the terminal voltage of the servomotor M to the amplifier unit 12. .
【0018】特に、本形態によるモータドライバは、可
変電圧電源部13が、サーボモータMの端子電圧とアン
プ部12の入力電圧の差を一定に保つように電圧制御を
行う。言い換えれば、アンプ部12の出力電圧に合わせ
てアンプ部12の入力電圧を可変制御するようにしてい
る。In particular, in the motor driver according to this embodiment, the variable voltage power supply section 13 performs voltage control so that the difference between the terminal voltage of the servo motor M and the input voltage of the amplifier section 12 is kept constant. In other words, the input voltage of the amplifier unit 12 is variably controlled according to the output voltage of the amplifier unit 12.
【0019】アンプ部12は増幅回路12−1を含む。
増幅回路には例えばPWM方式のPWM回路が使用され
るが、これに限られるものではなく、例えばリニア方式
でも良い。PWM方式の場合、アンプ部12は更に、複
数の第1のスイッチング素子によるスイッチング回路1
2−2と、サーボモータMの駆動電流を検出するための
電流センサ14からの電流検出信号とサーボモータMの
位置あるいは速度センサ15からの位置あるいは速度検
出信号と速度指令値あるいは電流指令値とを受けて演算
を行い、この演算結果に基づいて増幅回路12−1を制
御することによりスイッチング回路12−2を制御する
サーボ制御演算部12−3とを備える。The amplifier section 12 includes an amplifier circuit 12-1.
For example, a PWM type PWM circuit is used as the amplifier circuit, but the amplifier circuit is not limited to this and may be a linear type, for example. In the case of the PWM method, the amplifier unit 12 further includes the switching circuit 1 including a plurality of first switching elements.
2-2, the current detection signal from the current sensor 14 for detecting the drive current of the servo motor M, the position or speed detection signal from the position of the servo motor M or the speed sensor 15, and the speed command value or the current command value. And a servo control calculation unit 12-3 for controlling the switching circuit 12-2 by controlling the amplifier circuit 12-1 based on the calculation result.
【0020】一方、可変電圧電源部13は、上記の電圧
制御を実現するために、サーボモータMの端子電圧を、
サーボ制御演算部12−3からの速度指令値または速度
検出信号と電流指令値または電流検出信号を用いて演算
することで得るためのモータ端子電圧演算部13−1を
含む。可変電圧電源部13は更に、DC電源部11から
の電圧ラインに挿入接続された第2のスイッチング素子
Tr13と、モータ端子電圧演算部13−1で得られた
サーボモータMの端子電圧に基づいて第2のスイッチン
グ素子Tr13のスイッチング制御を行うための制御回
路とを含む。On the other hand, the variable voltage power supply unit 13 changes the terminal voltage of the servomotor M to realize the above voltage control.
A motor terminal voltage calculation unit 13-1 for obtaining by performing calculation using the speed command value or speed detection signal and the current command value or current detection signal from the servo control calculation unit 12-3 is included. The variable voltage power supply unit 13 is further based on the second switching element Tr13 inserted and connected to the voltage line from the DC power supply unit 11 and the terminal voltage of the servo motor M obtained by the motor terminal voltage calculation unit 13-1. A control circuit for performing switching control of the second switching element Tr13 is included.
【0021】制御回路は、第2のスイッチング素子Tr
13の出力側の正負の電圧ラインに接続された抵抗R1
3、R14による分圧回路と、比較アンプ13−2と、
増幅回路13−3とを含む。この増幅回路にも前に述べ
たPWM方式のPWM回路を使用することができる。比
較アンプ13−2は、モータ端子電圧演算部13−1で
得られたサーボモータMの端子電圧に加算器13−4に
より一定の値を加算した電圧を基準入力として受け、抵
抗R13とR14との接続点の電圧を比較入力として受
ける。そして、この比較結果に基づいて増幅回路13−
3を制御することで第2のスイッチング素子Tr13を
オン、オフ制御する。その結果、サーボモータMの端子
電圧に応じてこの端子電圧とアンプ部12の入力電圧の
差が一定になるようにアンプ部12への入力電圧が制御
される。The control circuit uses the second switching element Tr.
Resistor R1 connected to positive and negative voltage lines on the output side of 13
3, the voltage dividing circuit by R14, the comparison amplifier 13-2,
And an amplifier circuit 13-3. The above-mentioned PWM type PWM circuit can also be used for this amplifier circuit. The comparison amplifier 13-2 receives as a reference input a voltage obtained by adding a constant value by the adder 13-4 to the terminal voltage of the servo motor M obtained by the motor terminal voltage calculation unit 13-1 and receives the resistors R13 and R14. The voltage at the connection point of is received as a comparison input. Then, based on the comparison result, the amplifier circuit 13-
The third switching element Tr13 is controlled to be turned on and off by controlling the third switching element Tr3. As a result, the input voltage to the amplifier unit 12 is controlled so that the difference between the terminal voltage of the servo motor M and the input voltage of the amplifier unit 12 becomes constant.
【0022】以上の構成による本発明のモータドライバ
は以下の特徴点を持つ。The motor driver of the present invention having the above configuration has the following characteristic points.
【0023】1.サーボモータMの速度とサーボモータ
Mの駆動電流IM で決まる最適な電圧をアンプ部12に
与えるための可変電圧電源部13を有している。1. It has a variable voltage power supply unit 13 for giving the amplifier unit 12 an optimum voltage determined by the speed of the servo motor M and the drive current I M of the servo motor M.
【0024】2.アンプ部12の入力電圧VDCはサーボ
モータMの端子電圧に一定の電圧を加算した値としてい
る。2. The input voltage V DC of the amplifier unit 12 is a value obtained by adding a constant voltage to the terminal voltage of the servo motor M.
【0025】3.サーボモータMの端子電圧は次のいず
れかの方法で決定している。
サーボモータMに対する「位置あるいは速度指令値又
は位置あるいは速度検出信号」と「電流指令値又は電流
検出信号」より計算する。
モータ端子電圧を測定する。3. The terminal voltage of the servomotor M is determined by one of the following methods. It is calculated from the "position or speed command value or position or speed detection signal" and the "current command value or current detection signal" for the servomotor M. Measure the motor terminal voltage.
【0026】4.可変電圧電源部13にスイッチング方
式の電圧制御を採用している。4. The variable voltage power supply unit 13 employs switching type voltage control.
【0027】ここで、サーボモータMの制御の模式図は
図2のように表される。アンプ部12は等価的に「制御
部」として表され、サーボモータMの端子電圧VM は下
式で表される。Here, a schematic diagram of the control of the servo motor M is shown in FIG. The amplifier section 12 is equivalently expressed as a “control section”, and the terminal voltage V M of the servomotor M is expressed by the following equation.
【0028】
VM =IM ×R+(d/dt)・IM ×L+N×KE
但し、IM はサーボモータ駆動電流、Rは電機子抵抗、
Lは電機子インダクタンス、Nは回転速度、KE は誘起
電圧定数である。このような演算がモータ端子電圧演算
部13−1で行われると考えてよい。V M = I M × R + (d / dt) · I M × L + N × K E where I M is the servo motor drive current, R is the armature resistance,
L is the armature inductance, N is the rotation speed, and K E is the induced voltage constant. It may be considered that such a calculation is performed by the motor terminal voltage calculation unit 13-1.
【0029】以上の性質より「電圧制御なし」、「定電
圧制御」(図5あるいは図6によるDC電源部によ
る)、「電圧可変制御」(本発明による)の各電源方式
でサーボモータ動作時の速度、トルク(サーボモータ駆
動電流)、電圧、アンプ損失を表したのが図3の
(a)、(b)、(c)、(d)である。Due to the above characteristics, when the servo motor is operated by each power source system of "no voltage control", "constant voltage control" (by the DC power supply unit shown in FIG. 5 or 6), and "voltage variable control" (according to the present invention). 3 (a), (b), (c), and (d) of FIG. 3 represent the speed, torque (servo motor drive current), voltage, and amplifier loss.
【0030】アナログ方式アンプ部での制御部損失の大
小関係は、図3(d)に示すように、「制御なし>定電
圧制御>電圧可変制御」となる。これは、以下の理由に
よる。The magnitude relation of the control unit loss in the analog type amplifier unit is "no control> constant voltage control> voltage variable control" as shown in FIG. 3 (d). This is for the following reason.
【0031】一般に、PWM方式アンプ部では、ゲイン
が「VDC−VM 」に比例する。モータ制御のゲインは高
ければ高いほど「よい位置決め精度」、「よい追従特
性」、「動作時間の短縮」になるが、高過ぎると発振な
どを起こし不安定になる。どのような状態でも安定な動
作を得ようとすると、「VDC−VM 」が最大の時でも安
定動作をするような設定が必要となる。これに対し、本
発明による電圧可変制御方式では「VDC−VM 」が一定
であるので、図3(e)に示すようにゲインも一定であ
り、アンプ損失がもっとも低い良い特性を示す。In general, in the PWM type amplifier section, the gain is proportional to "V DC -V M ". The higher the motor control gain, the better "positioning accuracy", "good follow-up characteristic", and "shortening of operation time", but if it is too high, it will oscillate and become unstable. In order to obtain a stable operation in any state, it is necessary to set the stable operation even when “V DC −V M ” is maximum. On the other hand, in the voltage variable control system according to the present invention, "V DC -V M " is constant, so that the gain is also constant as shown in FIG.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではアンプ
部へ入力される電源電圧を可変制御することによりモー
タの位置・速度制御精度を向上させることができ、また
電源電圧を可変とすることでモータドライバ全体での電
力損失をリニア方式アンプの場合でもPWM方式のモー
タドライバ並に減少させ、電力損失による発熱を放熱す
る放熱部を簡略化することによるモータドライバの小型
化のほか、省エネルギー化を実現できる。更には、常に
最適なアンプゲインでの動作が実現される。As described above, according to the present invention, the position / speed control accuracy of the motor can be improved by variably controlling the power supply voltage input to the amplifier section, and the power supply voltage can be made variable. Therefore, the power loss of the entire motor driver is reduced to the same level as the PWM type motor driver even in the case of a linear type amplifier, and the heat dissipation part that dissipates the heat generated by the power loss is simplified. Can be realized. Furthermore, the operation with the optimum amplifier gain is always realized.
【図1】本発明によるモータドライバの実施の形態を示
したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a motor driver according to the present invention.
【図2】図1に示されたサーボモータの制御の模式図で
ある。FIG. 2 is a schematic diagram of control of the servo motor shown in FIG.
【図3】モータドライバにおける「電圧制御なし」、
「定電圧制御」、「電圧可変制御」の各電源方式による
サーボモータ動作時の速度、トルク(サーボモータ駆動
電流)、電圧、アンプ損失、アンプゲインを表した特性
図である。[Fig. 3] "No voltage control" in the motor driver,
It is a characteristic view showing speed, torque (servo motor drive current), voltage, amplifier loss, and amplifier gain at the time of servo motor operation by each power supply system of "constant voltage control" and "voltage variable control".
【図4】一般的なモータドライバの概略構成を示した図
である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a general motor driver.
【図5】図4に示されたDC電源部の一例を示した図で
ある。5 is a diagram showing an example of the DC power supply unit shown in FIG.
【図6】図4に示されたDC電源部の他の例を示した図
である。FIG. 6 is a diagram showing another example of the DC power supply unit shown in FIG.
11、41 DC電源部 12、42 アンプ部 12−1、13−3 増幅回路 13 可変電圧電源部 13−2 比較アンプ 14 電流センサ 15 位置あるいは速度センサ 11, 41 DC power supply 12, 42 Amplifier section 12-1, 13-3 amplifier circuit 13 Variable voltage power supply 13-2 Comparison amplifier 14 Current sensor 15 Position or speed sensor
Claims (4)
と、前記直流電圧でモータを制御するアンプ部とを備え
たモータドライバにおいて、 前記DC電源部と前記アンプ部との間に、前記モータの
端子電圧に連動した直流電圧を前記アンプ部に供給する
ための可変電圧電源部を設けたことを特徴とするモータ
ドライバ。1. A motor driver comprising: a DC power supply unit for generating a DC voltage; and an amplifier unit for controlling a motor with the DC voltage, wherein the motor is provided between the DC power supply unit and the amplifier unit. A motor driver comprising a variable voltage power supply unit for supplying a DC voltage interlocked with the terminal voltage of the amplifier to the amplifier unit.
て、 前記可変電圧電源部は、前記モータの端子電圧と前記ア
ンプ部の入力電圧の差を一定に保つように電圧制御を行
うことを特徴とするモータドライバ。2. The motor driver according to claim 1, wherein the variable voltage power supply unit performs voltage control so as to keep a difference between a terminal voltage of the motor and an input voltage of the amplifier unit constant. Motor driver.
て、 前記アンプ部は、複数の第1の素子による増幅回路と、
前記モータの駆動電流を検出するための電流センサから
の電流検出信号と前記モータの位置あるいは速度センサ
からの位置あるいは速度検出信号と速度指令値または電
流指令値とを受けて演算を行い、該演算結果に基づいて
前記増幅回路を制御するための制御演算部とを含み、 前記可変電圧電源部は、前記モータの端子電圧を、前記
制御演算部からの前記速度指令値または速度検出信号と
前記電流指令値または電流検出信号を用いて演算するこ
とで得るための電圧演算部を含むことを特徴とするモー
タドライバ。3. The motor driver according to claim 2, wherein the amplifier section includes an amplifier circuit including a plurality of first elements,
The current detection signal from the current sensor for detecting the drive current of the motor, the position or speed detection signal from the position of the motor or the speed sensor, and the speed command value or the current command value are received, and the calculation is performed. A control operation unit for controlling the amplifier circuit based on a result, the variable voltage power supply unit, the terminal voltage of the motor, the speed command value or speed detection signal from the control operation unit and the current. A motor driver, comprising: a voltage calculation unit obtained by calculation using a command value or a current detection signal.
て、 前記可変電圧電源部は、前記DC電源部からの電圧ライ
ンに挿入接続された第2の素子と、前記電圧演算部で得
られた前記モータの端子電圧に基づいて前記第2の素子
の制御を行うための制御回路とを含むことを特徴とする
モータドライバ。4. The motor driver according to claim 3, wherein the variable voltage power supply unit includes a second element inserted and connected to a voltage line from the DC power supply unit, and the motor obtained by the voltage calculation unit. And a control circuit for controlling the second element based on the terminal voltage of the motor driver.
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2001
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