JP2005057904A - モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のR/D変換器を備えた構成であっても、良好なモータ制御を実現することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】通常時には、第2電子制御ユニット20のマイクロコンピュータ21からハイレベル信号が出力されて、第1電子制御ユニット10のR/D変換器12に電源回路13から電力が供給されることにより、R/D変換器12からレゾルバRに励磁信号が入力される。このとき、第2電子制御ユニット20のR/D変換器22には電力供給されないので、R/D変換器22からレゾルバRへの励磁信号の入力は行われない。第1電子制御ユニット10に故障が生じると、マイクロコンピュータ21からローレベル信号が出力されて、第2電子制御ユニット20のR/D変換器22への電力供給が開始されるとともに、第1電子制御ユニット10のR/D変換器12への電力供給が遮断される。
【選択図】 図1

Description

この発明は、たとえば、車両用操舵装置の駆動源として用いられる電動モータを駆動制御するためのモータ制御装置に関する。
たとえば、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離した構成の車両用操舵装置(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)では、舵取り機構に与えるべき駆動力の発生源としてブラシレスモータが用いられている。ブラシレスモータには、ロータの回転位置を検出するためのレゾルバが付設されており、ブラシレスモータは、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット(ECU)によって、レゾルバの検出信号に基づいて制御されるようになっている。
レゾルバは、ブラシレスモータのロータと同軸に取り付けられた回転体と、この回転体の周囲に配置された励磁巻線、正弦波出力巻線および余弦波出力巻線とを有している。励磁巻線に励磁信号(励磁電圧)が入力されると、正弦波出力巻線および余弦波出力巻線から、正弦波出力巻線と回転体との間の距離に応じた正弦波信号および余弦波出力巻線と回転体との間の距離に応じた余弦波信号がそれぞれ出力される。
一方、電子制御ユニットは、レゾルバが出力する正弦波信号および余弦波信号をブラシレスモータのロータの回転位置を表す回転位置信号(ディジタル信号)に変換するためのR/D変換器を備えている(たとえば、特許文献1参照)。R/D変換器が出力する回転位置信号は、マイクロコンピュータに入力されるようになっており、マイクロコンピュータは、R/D変換器からの回転位置信号に基づいて、ブラシレスモータのロータの回転位置に応じた制御電圧値を演算する。また、R/D変換器は、レゾルバの励磁巻線に励磁信号を入力する。
特開2001−264114号公報(「0002」段落)
上記のような構成の車両用操舵装置において、第1および第2の電子制御ユニットを備え、たとえば、通常時には、第1の電子制御ユニットによってブラシレスモータの制御を行い、第1の電子制御ユニットに故障が生じたときには、第2の電子制御ユニットによってブラシレスモータの制御を行うことが提案されている。この提案を採用する場合、第1および第2の電子制御ユニットにそれぞれ備えられたR/D変換器をレゾルバに接続する必要がある。これにより、レゾルバの出力信号(正弦波信号および余弦波信号)を第1および第2の電子制御ユニットにそれぞれ備えられたR/D変換器の両方に入力することができ、第1の電子制御ユニットの故障時に第2の電子制御ユニットによってブラシレスモータを制御することができる。
ところが、第1および第2の電子制御ユニットにそれぞれ備えられたR/D変換器をレゾルバに接続すると、第1の電子制御ユニットに故障が生じていない通常時において、2つのR/D変換器からの励磁信号がレゾルバに与えられることになる。つまり、レゾルバの励磁巻線には、第1の電子制御ユニットに備えられたR/D変換器からの励磁電圧と第2の電子制御ユニットに備えられたR/D変換器からの励磁電圧とが重畳して入力されてしまう。そのため、レゾルバの出力信号が不安定になり、ブラシレスモータを良好に制御できないおそれがあった。
そこで、この発明の目的は、複数のR/D変換器(信号変換手段)を備えた構成であっても、良好なモータ制御(ブラシレスモータの制御)を実現することができるモータ制御装置を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、励磁信号の入力に応答して、ブラシレスモータ(M)の回転位置に応じたアナログ信号を出力するモータ回転位置検出手段(R)と、このモータ回転位置検出手段に向けて励磁信号を出力するとともに、励磁信号の入力に応答して上記モータ回転位置検出手段から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する第1および第2の信号変換手段(12,22)と、上記第1の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第1モータ制御手段(11)と、上記第2の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第2モータ制御手段(21)と、上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときに、上記第2の信号変換手段への電力供給を遮断する電力供給制御手段(21,23,231)とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。
括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、第1モータ制御手段によるブラシレスモータの制御時には、第2の信号変換手段への電力供給が遮断されるので、第2の信号変換手段からモータ回転位置検出手段への励磁信号の入力は行われず、モータ回転位置検出手段には第1の信号変換手段のみから励磁信号が入力される。
これにより、第1モータ制御手段によるブラシレスモータの制御時に、モータ回転位置検出手段に第1および第2の信号変換手段の両方から励磁信号が重畳して入力されることがなく、モータ回転位置検出手段の出力信号が不安定になるおそれがない。よって、モータ回転位置検出手段の安定した出力信号に基づいて、ブラシレスモータの良好な制御を実現することができる。
請求項2記載の発明は、上記電力供給制御手段は、上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときには、上記第2の信号変換手段への電力供給を遮断して、上記第1の信号変換手段への電力供給のみを許可し、上記第2モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときには、上記第1の信号変換手段への電力供給を遮断して、上記第2の信号変換手段への電力供給のみを許可するもの(12,13,23,133,231)であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置である。
この構成によれば、第2モータ制御手段によるブラシレスモータの制御時にも、モータ回転位置検出手段に第1および第2の信号変換手段の両方から励磁信号が重畳して入力されることがなく、モータ回転位置検出手段の出力信号が不安定になるおそれがない。
請求項3記載の発明は、励磁信号の入力に応答して、ブラシレスモータの回転位置に応じたアナログ信号を出力するモータ回転位置検出手段(R)と、このモータ回転位置検出手段に向けて励磁信号を出力するとともに、励磁信号の入力に応答して上記モータ回転位置検出手段から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する第1および第2の信号変換手段(32,42)と、これら第1および第2の信号変換手段から出力される励磁信号を切り換えて選択的に上記モータ回転位置検出手段に入力するための励磁信号切換手段(50)と、上記第1の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第1モータ制御手段(31)と、上記第2の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第2モータ制御手段(41)と、上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときに、上記励磁信号切換手段を制御して、上記第1の信号変換手段から出力される励磁信号を上記モータ回転位置検出手段に入力させる切換制御手段(41)とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。
この発明によれば、モータ回転位置検出手段には、第1および第2の信号変換手段から出力される励磁信号の一方のみが与えられ、第1および第2の信号変換手段の両方から励磁信号が重畳して入力されることはない。よって、モータ回転位置検出手段の出力信号が不安定になるおそれがなく、モータ回転位置検出手段の安定した出力信号に基づいて、ブラシレスモータの良好な制御を実現することができる。
なお、上記励磁信号切換手段は、第1および第2の信号変換手段への電力供給を選択的に遮断(第1および第2の信号変換手段の一方への電力供給を遮断)することにより、第1および第2の信号変換手段から出力される励磁信号を選択的に上記モータ回転位置検出手段に入力するものであってもよい。第1および第2の信号変換手段の一方への電力供給を遮断することにより、その一方の信号変換手段(電力供給されない信号変換手段)からの励磁信号の出力を停止させることができる。したがって、第1および第2の信号変換手段への電力供給を選択的に遮断することにより、結果的に、モータ回転位置検出手段には、第1および第2の信号変換手段からの励磁信号が切り換えて入力されることになる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、車両用操舵装置の駆動源として、たとえば、舵取り機構(図示せず)にダイレクト・ドライブ方式で結合されたブラシレスモータMを制御するためのものであり、第1電子制御ユニット10および第2電子制御ユニット20を備えている。
車両用操舵装置は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)を有していてもよいし、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結され、舵取り機構に対して操作部材による操舵力を補助するための操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置としての構成を有していてもよい。
ブラシレスモータMに関連して、ブラシレスモータMのロータの回転位置を検出するためのレゾルバRが設けられている。レゾルバRは、ブラシレスモータMのロータと同軸に取り付けられた回転体と、この回転体の周囲に配置された励磁巻線、正弦波出力巻線および余弦波出力巻線とを有している。回転体は、回転位置(ロータの回転位置に対応)に応じて、その外周面と励磁巻線、正弦波出力巻線および余弦波出力巻線との距離(ギャップパーミアンス)が変化する形状に形成されている。これにより、励磁巻線に励磁信号(励磁電圧)が入力されると、正弦波出力巻線および余弦波出力巻線から、正弦波出力巻線と回転体との間の距離に応じた正弦波信号および余弦波出力巻線と回転体との間の距離に応じた余弦波信号がそれぞれ出力される。
第1電子制御ユニット10は、マイクロコンピュータ11と、R/D変換器12と、このR/D変換器12への電力供給のための電源回路13とを備えている。R/D変換器12は、電源回路13からの電力供給を受けて、レゾルバRの励磁巻線に励磁信号を入力し、また、これに応答してレゾルバRから出力される正弦波信号および余弦波信号をブラシレスモータMのロータの回転位置を表す回転位置信号(ディジタル信号)に変換する。電源回路13は、npnトランジスタ131のコレクタ端子に抵抗132の一端を接続して、その抵抗132の他端を出力電圧が5ボルトの定電圧出力回路に接続するとともに、npnトランジスタ131のエミッタ端子をアースに接続した構成を有している。そして、電源回路13は、npnトランジスタ131と抵抗132との接続点でR/D変換器12に接続されている。
第2電子制御ユニット20は、マイクロコンピュータ21と、R/D変換器22と、このR/D変換器22への電力供給のための電源回路23とを備えている。R/D変換器22は、電源回路23からの電力供給を受けて、レゾルバRの励磁巻線に励磁信号を入力し、また、これに応答してレゾルバRから出力される正弦波信号および余弦波信号をブラシレスモータMのロータの回転位置を表す回転位置信号(ディジタル信号)に変換する。電源回路23は、npnトランジスタ231のコレクタ端子に抵抗232の一端を接続して、その抵抗232の他端を出力電圧5V(ボルト)の定電圧出力回路に接続するとともに、npnトランジスタ231のエミッタ端子をアースに接続した構成を有している。そして、電源回路23は、npnトランジスタ231と抵抗232との接続点でR/D変換器22に接続されている。
npnトランジスタ231のベース端子には、マイクロコンピュータ21からスイッチング信号が与えられるようになっており、このスイッチング信号がハイレベル(ON信号)であれば、npnトランジスタ231が導通状態となって、電源回路23からR/D変換器22への電力供給は行われない。一方、マイクロコンピュータ21からnpnトランジスタ231のベース端子に与えられるスイッチング信号がローレベル(OFF信号)のときには、npnトランジスタ231は遮断状態となり、電源回路23からR/D変換器22に電力が供給される。
また、マイクロコンピュータ21からのスイッチング信号は、論理否定回路(NOT回路)133を介して、第1電子制御ユニット10のnpnトランジスタ131のベース端子に与えられるようになっている。これにより、マイクロコンピュータ21から出力されるスイッチング信号がローレベルのときには、第1電子制御ユニット10のnpnトランジスタ131のベース端子にハイレベルのスイッチング信号が入力されて、npnトランジスタ131は導通状態となり、電源回路13からR/D変換器12への電力供給は行われない。一方、マイクロコンピュータ21から出力されるスイッチング信号がハイレベルのときには、第1電子制御ユニット10のnpnトランジスタ131のベース端子にローレベルのスイッチング信号が入力されて、npnトランジスタ131が遮断状態となり、電源回路13からR/D変換器12に電力が供給される。
通常時には、第2電子制御ユニット20のマイクロコンピュータ21からハイレベルのスイッチング信号が出力されて、第1電子制御ユニット10のR/D変換器12に電源回路13から電力が供給されることにより、R/D変換器12からレゾルバRに励磁信号が入力される。このとき、第2電子制御ユニット20のR/D変換器22には電力供給されないので、R/D変換器22からレゾルバRへの励磁信号の入力は行われない。すなわち、レゾルバRには、第1電子制御ユニット10のR/D変換器12のみから励磁信号が入力される。よって、2つのR/D変換器12,22を備えていても、レゾルバRの出力信号が不安定になるおそれがない。
レゾルバRの出力信号は、R/D変換器12に与えられて、ブラシレスモータMのロータの回転位置を表す回転位置信号に変換される。そして、回転位置信号は、マイクロコンピュータ11に入力される。マイクロコンピュータ11は、回転位置信号が表す値(つまり、ブラシレスモータMのロータの回転位置)とブラシレスモータMの目標回転位置との偏差を求め、この偏差に基づいて所定の制御演算を行うことにより、電動モータの制御電圧値を設定し、その制御電圧値に基づいてブラシレスモータMを制御する。
第1電子制御ユニット10に故障が生じると、第1電子制御ユニット10のマイクロコンピュータ11から第2電子制御ユニット20のマイクロコンピュータ21にフェール信号が与えられる。マイクロコンピュータ21は、そのフェール信号の入力に応答して、スイッチング信号のレベルをハイレベルからローレベルに切り換える。これにより、npnトランジスタ231のベース端子にローレベルのスイッチング信号が入力されて、npnトランジスタ231が遮断状態となり、電源回路23からR/D変換器22に電力が供給される。また、第1電子制御ユニット10のnpnトランジスタ131のベース端子にハイレベルのスイッチング信号が入力されて、npnトランジスタ131は導通状態となり、電源回路13からR/D変換器12への電力供給が遮断される。よって、レゾルバRには、第2電子制御ユニット20のR/D変換器22のみから励磁信号が入力される。よって、この場合(第1電子制御ユニット10に故障が生じた場合)でも、レゾルバRの出力信号が不安定になるおそれがない。
レゾルバRの出力信号は、R/D変換器22に与えられて、ブラシレスモータMのロータの回転位置を表す回転位置信号に変換された後、マイクロコンピュータ21に入力される。マイクロコンピュータ21は、回転位置信号が表す値(つまり、ブラシレスモータMのロータの回転位置)とブラシレスモータMの目標回転位置との偏差を求め、この偏差に基づいて所定の制御演算を行うことにより、電動モータの制御電圧値を設定し、その制御電圧値に基づいてブラシレスモータMを制御する。
以上のように、この実施形態によれば、第1電子制御ユニット10のR/D変換器12および第2電子制御ユニット20のR/D変換器22の両方からレゾルバRに励磁信号が重畳して入力されることがなく、レゾルバRの出力信号(正弦波信号および余弦波信号)が不安定になるおそれがない。よって、レゾルバRの出力信号に基づいて、ブラシレスモータMの良好な制御を達成することができ、舵取り機構の良好な動作を実現することができる。
図2は、この発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置も、上述の実施形態と同様に、車両用操舵装置の駆動源として舵取り機構(図示せず)に結合されたブラシレスモータMを制御するためのものであり、第1電子制御ユニット30および第2電子制御ユニット40を備えている。
第1電子制御ユニット30は、マイクロコンピュータ31およびR/D変換器32を有している。第2電子制御ユニット40は、第1電子制御ユニット30に故障が生じたときにブラシレスモータMの制御を行うために備えられており、マイクロコンピュータ41およびR/D変換器42を有している。R/D変換器32,42は、いずれも、レゾルバRの励磁巻線に向けて励磁信号を出力し、また、レゾルバRから出力される正弦波信号および余弦波信号をブラシレスモータMのロータの回転位置を表す回転位置信号(ディジタル信号)に変換する機能を有している。
また、このモータ制御装置はさらに、第1電子制御ユニット30のR/D変換器32から出力される励磁信号と第2電子制御ユニット40のR/D変換器42から出力される励磁信号とを切り換えて、一方の励磁信号を選択的にレゾルバRに与えるための切換回路50を備えている。この切換回路50による励磁信号の切換えは、第2電子制御ユニット40のマイクロコンピュータ41によって制御されるようになっている。
通常時には、切換回路50によって、第1電子制御ユニット30のR/D変換器32から出力される励磁信号がレゾルバRに与えられる。そして、R/D変換器32は、励磁信号の入力に応答してレゾルバRから出力される信号(正弦波信号および余弦波信号)を回転位置信号に変換し、その回転位置信号をマイクロコンピュータ31に与える。マイクロコンピュータ31は、回転位置信号が表す値(つまり、ブラシレスモータMのロータの回転位置)とブラシレスモータMの目標回転位置との偏差を求め、この偏差に基づいて所定の制御演算を行うことにより、電動モータの制御電圧値を設定し、その制御電圧値に基づいてブラシレスモータMを制御する。
第1電子制御ユニット30に故障が生じると、第1電子制御ユニット30のマイクロコンピュータ31から第2電子制御ユニット40のマイクロコンピュータ41にフェール信号が与えられる。マイクロコンピュータ41は、そのフェール信号の入力に応答して、切換回路50を制御して、励磁信号の出力元を第2電子制御ユニット40のR/D変換器42に切り換える。これにより、第2電子制御ユニット40のR/D変換器42から出力される励磁信号がレゾルバRに与えられる。そして、R/D変換器42は、励磁信号の入力に応答してレゾルバRから出力される信号を回転位置信号に変換し、その回転位置信号をマイクロコンピュータ41に与える。マイクロコンピュータ41は、回転位置信号が表す値とブラシレスモータMの目標回転位置との偏差を求め、この偏差に基づいて所定の制御演算を行うことにより、電動モータの制御電圧値を設定し、その制御電圧値に基づいてブラシレスモータMを制御する。
このように、2つのR/D変換器32,42を備えていても、その両方からレゾルバRに励磁信号が重畳して入力されることがなく、レゾルバRの出力信号(正弦波信号および余弦波信号)が不安定になるおそれがない。よって、この実施形態の構成によっても、レゾルバRの出力信号に基づいて、ブラシレスモータMの良好な制御を達成することができ、舵取り機構の良好な動作を実現することができる。
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータMを制御する場合を例にとったが、この発明は、車両用操舵装置以外の装置に備えられたブラシレスモータの制御に広く適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
10 第1電子制御ユニット
11 マイクロコンピュータ
12 R/D変換器
13 電源回路
20 第2電子制御ユニット
21 マイクロコンピュータ
22 R/D変換器
23 電源回路
30 第1電子制御ユニット
31 マイクロコンピュータ
32 R/D変換器
40 第2電子制御ユニット
41 マイクロコンピュータ
42 R/D変換器
50 切換回路
131 トランジスタ
132 抵抗
133 論理否定回路
231 トランジスタ
232 抵抗
M ブラシレスモータ
R レゾルバ

Claims (3)

  1. 励磁信号の入力に応答して、ブラシレスモータの回転位置に応じたアナログ信号を出力するモータ回転位置検出手段と、
    このモータ回転位置検出手段に向けて励磁信号を出力するとともに、励磁信号の入力に応答して上記モータ回転位置検出手段から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する第1および第2の信号変換手段と、
    上記第1の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第1モータ制御手段と、
    上記第2の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第2モータ制御手段と、
    上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときに、上記第2の信号変換手段への電力供給を遮断する電力供給制御手段と
    を含むことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 上記電力供給制御手段は、上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときには、上記第2の信号変換手段への電力供給を遮断して、上記第1の信号変換手段への電力供給のみを許可し、上記第2モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときには、上記第1の信号変換手段への電力供給を遮断して、上記第2の信号変換手段への電力供給のみを許可するものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3. 励磁信号の入力に応答して、ブラシレスモータの回転位置に応じたアナログ信号を出力するモータ回転位置検出手段と、
    このモータ回転位置検出手段に向けて励磁信号を出力するとともに、励磁信号の入力に応答して上記モータ回転位置検出手段から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する第1および第2の信号変換手段と、
    これら第1および第2の信号変換手段から出力される励磁信号を切り換えて選択的に上記モータ回転位置検出手段に入力するための励磁信号切換手段と、
    上記第1の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第1モータ制御手段と、
    上記第2の信号変換手段が生成するディジタル信号に基づいて、上記ブラシレスモータを制御する第2モータ制御手段と、
    上記第1モータ制御手段によって上記ブラシレスモータが制御されているときに、上記励磁信号切換手段を制御して、上記第1の信号変換手段から出力される励磁信号を上記モータ回転位置検出手段に入力させる切換制御手段と
    を含むことを特徴とするモータ制御装置。
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