JP2005229719A - モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 モータに電力を供給する電源線を介して前記モータの出力に関するデジタル信号をノイズの影響を受けずに送信することができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 各電源線3のモータ2側に送信回路5、5、5を接続し、各電源線3のモータ駆動回路1側に受信回路6を接続する。モータ2の出力に関する信号は、検出回路4においてデジタル信号に変換され、送信回路5へ出力される。送信回路5は、モータ駆動電流の休止期間にデジタル信号を各電源線3を介して受信回路6へ送信する。受信回路6は、各電源線3から受信したデジタル信号に論理和演算を行う論理和演算回路63を備え、受信したデジタル信号から元のデジタル信号を復元する。
【選択図】 図1
【解決手段】 各電源線3のモータ2側に送信回路5、5、5を接続し、各電源線3のモータ駆動回路1側に受信回路6を接続する。モータ2の出力に関する信号は、検出回路4においてデジタル信号に変換され、送信回路5へ出力される。送信回路5は、モータ駆動電流の休止期間にデジタル信号を各電源線3を介して受信回路6へ送信する。受信回路6は、各電源線3から受信したデジタル信号に論理和演算を行う論理和演算回路63を備え、受信したデジタル信号から元のデジタル信号を復元する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、モータに電力を供給する電源線に該モータに備えられたセンサの出力に関連する信号を前記電源線を介して送信するモータ駆動装置に関する。
車両に搭載されるモータにはブラシレス直流電動機が用いられている。ブラシレス直流電動機は、車両に搭載された電池から供給される直流を三相交流に変換するモータ駆動回路に、三相の電源線を介して接続されている。モータ駆動回路には、駆動電流の休止期間が三相の電源線を交番的に遷移する電流形インバータの駆動回路、又はPWMインバータの駆動回路と、休止期間がない駆動電流が交番的に流れる電圧形インバータの駆動回路がある。
ブラシレス直流電動機の駆動は、該電動機内部に備えられたレゾルバ又はホール素子などにより電動機の回転子の回転角度に関連する信号をモータ駆動回路へ送信し、送信された信号に基づいてモータ駆動回路から供給される三相交流の駆動期間を制御することにより行われる。また、電動機内部の異常温度に関連する信号をモータ駆動回路へ送信して電動機を停止させる。
信号をモータ駆動回路へ送信するためには、電源線とは別に、前記信号をモータ駆動回路へ送信するための信号線が必要となるが、電源線に加えて信号線をモータとモータ駆動回路との間に設けた場合は、ハーネスが増加し車両の軽量化が図れない。そこで、信号を、信号線を使用せず前記電源線を介して送信している。
例えば、信号を電源線の一線を用いてモータ駆動回路へ送信する構成として、電源線の一線のモータ側に信号送信用の変圧器を接続し、モータ駆動回路側に信号受信用の変圧器を接続するものがある。
すなわち、信号送信用の変圧器の一方の巻線が電源線の一線に直列に接続され、他方の巻線には、信号に応じた電圧を印加することにより、信号が前記電源線を介して送信される。一方、信号受信用の変圧器の一方の巻線が前記電源線に直列に接続され、他方の巻線は、前記信号の受信回路が接続されている。電源線を送信された信号は、信号受信用の変圧器で検出され、前記信号は前記受信回路に出力されることにより、電源線を介して送信される(特許文献1参照)。
特開2003−174787号公報
しかしながら、特許文献1の構成にあっては、信号を前記電源線の一線を流れる駆動電流に重畳して送信するため、駆動電流に生じるノイズの電圧レベルが前記信号の電圧レベルに比較して大きい場合には、前記信号は駆動電流に生じたノイズの影響を受け、前記受信回路は、送信された信号をノイズと分離して受信することができない虞があった。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、複数の電源線のいずれか二線以上の送信用電源線を介して信号を送信する送信回路を備えることにより、前記信号を前記送信用電源線を介して送信することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、前記送信回路が、前記送信用電源線の前記休止期間夫々に前記信号を送信することにより、駆動電流に生じるノイズの影響を受けずに前記信号を送信することができるモータ駆動装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記送信回路を、信号を送信するための電源と前記送信用電源線との間にスイッチング素子を接続することにより、モータ駆動電流が流れない休止期間に、前記スイッチング素子を動作させて前記信号を前記送信用電源線に出力することができるモータ駆動装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記受信回路が、前記休止期間に送信された信号を受信し、受信した信号に論理和演算を行う演算回路を備えることにより、前記送信用電源線夫々を遷移する休止期間に送信された信号に論理和演算を行い、前記休止期間夫々に受信した信号から元の信号を復元することができるモータ駆動装置を提供することにある。
第1発明に係るモータ駆動装置は、複数の電源線を介してモータへ駆動電流を供給するモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサの出力に関連する信号を前記電源線を介して送信する送信回路と、前記複数の電源線に接続され、受信した信号を前記モータ駆動回路へ出力する受信回路とを備え、前記モータ駆動回路は、前記駆動電流の休止期間が前記複数の電源線を交番的に遷移すべくなしてあるモータ駆動装置において、前記送信回路は、前記複数の電源線のいずれか二線以上の送信用電源線に接続してあることを特徴とする。
第2発明に係るモータ駆動装置は、前記送信回路は、前記送信用電源線の前記休止期間夫々に前記信号を送信すべくなしてあることを特徴とする。
第3発明に係るモータ駆動装置は、前記送信回路は、前記信号を送信するための電源を備え、前記信号を前記送信用電源線に出力するスイッチング素子が前記電源と前記送信用電源線との間に夫々接続してあることを特徴とする。
第4発明に係るモータ駆動装置は、前記受信回路は、受信した信号に論理和演算を行う演算回路を備えたことを特徴とする。
第1の発明にあっては、複数の電源線のいずれか二線以上の送信用電源線を介して信号を送信する送信回路を備えることにより、前記信号を同時に前記送信用電源線を介して、前記受信回路へ送信することができる。
第2の発明にあっては、複数の電源線のいずれか二線以上の送信用電源線を介して信号を送信する送信回路と、前記信号を受信する受信回路とを備え、前記複数の電源線を交番的に遷移する駆動電流の休止期間夫々に前記信号を送信することにより、前記休止期間に送信された信号は駆動電流により生ずるノイズの影響を受けないため、前記受信回路は、前記休止期間に送信された信号を駆動電流から分離して受信することができる。
第3の発明にあっては、前記送信回路が、信号を送信するための電源と前記送信用電源線との間にスイッチング素子を接続することにより、前記スイッチング素子を動作させて信号を前記送信用電源線に出力することができ、前記複数の電源線に発生する電圧を利用して信号を出力する必要がなく、前記電源線に駆動電流が流れない休止期間に、前記送信用電源線に前記信号を出力することができる。
第4の発明にあっては、前記複数の電源線に接続された前記受信回路が、前記休止期間に送信された信号夫々を受信し、受信した信号に論理和演算を行う演算回路を備えることにより、時間とともに前記送信用電源線夫々を交番的に遷移する休止期間に送信された信号夫々を受信し、受信した信号を論理和演算して、元の信号に復元することができる。
本発明にあっては、モータの出力に関連する信号を、同時に前記送信用電源線を介して送信することができる。
また、本発明にあっては、駆動電流の休止期間に信号を送信することにより、電源線を流れる駆動電流に生じるノイズの影響を受けずに、前記信号を送信させることができる。
また、本発明にあっては、信号を出力するスイッチング素子が、電源と前記送信用電源線との間に接続されているため、モータ駆動電流の休止期間に信号を送信することができる。
また、本発明にあっては、休止期間夫々に送信された信号夫々を受信し、受信した信号を論理和演算して元の信号を復元することができる。
図1は本発明のPWMインバータ方式を用いたモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図において、1は直流を三相交流に変換するモータ駆動回路である。モータ駆動回路1は、電池11の正端子にトランジスタT1、T2、T3のエミッタが接続され、トランジスタT1、T2、T3のコレクタは、夫々トランジスタT4、T5、T6のコレクタに接続され、トランジスタT4、T5、T6のエミッタは、電池11の負端子に接続された構成を有する。
トランジスタT1、T2、T3のコレクタ夫々は、三相交流用の各電源線3の一端に接続され、各電源線3の他端はモータ2の各三相端子U、V、Wに接続されている。
モータ2は、各三相端子U、V、Wに接続された電機子巻線が配置された固定子と、該固定子の内側に、界磁巻線を有しモータ軸の回りに回転する回転子とを備えている。モータ2には前記回転子の回転角度を検出するレゾルバ8が配置されている。レゾルバ8は、回転子の回転角度に応じた位相を有する電圧信号を検出回路4へ出力する。また、モータ2には温度センサ9が取り付けられてあり、温度センサ9は検出したモータ2の温度を電圧信号に変換して検出回路4へ出力する。
検出回路4は、位相差演算部41、カウンタ42、切替部43、及びA/D変換部44を備えている。位相差演算部41は、レゾルバ8から入力された電圧信号の位相と、回転子と固定子とのなす角により定められた基準信号との位相差を演算して、位相差に応じた周波数を有するパルス信号をカウンタ42へ出力する。
カウンタ42は、位相差演算部41から入力されたパルス信号を計数することにより、回転子の位置に応じたデジタル信号を生成し、切替部43を介して送信回路5へ出力する。
A/D変換部44は、温度センサ9から入力された電圧信号をA/D変換し、変換したデジタル信号を、切替部43を介して送信回路5へ出力する。切替部43は、デジタル信号を一旦保持するバッファを備え、カウンタ42又はA/D変換部44から入力されたデジタル信号を送信回路5へ出力する。
送信回路5は、検出回路4から入力されたデジタル信号を三相の電源線3夫々を介して同時に受信回路6へ送信する。図2は送信回路5の構成を示すブロック図である。送信回路5、5、5夫々は、モータ2の三相端子U、V、W夫々に接続された3本の電源線に接続されている。
トランジスタ51のエミッタは、直流電力を供給する直流電源DC1の正端子に接続され、トランジスタ51のコレクタは、抵抗素子52の一端に接続され、抵抗素子52の他端は1本の電源線3に接続されるとともに、抵抗素子53を介して接地されている。トランジスタ51のベースは、切替部43の出力端に接続されている。
受信回路6は各電源線3のモータ駆動回路1側に接続されている。受信回路6は、各電源線3を送信されたデジタル信号を各電源線3から受信し、受信したデジタル信号を制御回路7へ出力する。図3は受信回路6の構成を示すブロック図である。図において、61は電源線3を流れるモータ駆動電流からデジタル信号を分離するフィルタ回路である。フィルタ回路61は、コンデンサ、抵抗素子などから構成されるハイパスフィルタであり、各電源線3のモータ駆動電流の休止期間に送信されたデジタル信号を検波回路62へ出力する。
検波回路62は、フィルタ回路61、61、61においてモータ駆動電流から分離して入力されたデジタル信号に対して接地レベルに対する振幅を整え、振幅を整えたデジタル信号を論理和演算回路63へ出力する。
論理和演算回路63は、検波回路62から入力されたデジタル信号について論理和演算を行い、演算結果である元のデジタル信号を制御回路7へ出力する。これにより、論理和演算回路63は、電源線3夫々のモータ駆動電流が流れていない期間に時分割して送信されたデジタル信号夫々から、時分割される前の元のデジタル信号を復元する。
位置算出部71は受信回路6から入力されたデジタル信号を、予め定められた基準値と比較することにより、モータ2の回転子の位置を算出し、算出した位置に応じた入力信号をパルス駆動部72へ出力する。
パルス駆動部72は、位置算出部71から入力された入力信号と、パルス駆動部72において発生する搬送信号とに基づいて、前記入力信号と搬送信号との振幅を比較器(変調器)で比較し、その大小によって、モータ駆動回路1内のいずれのトランジスタT1、T2、T3、T4、T5、又はT6をオン又はオフさせるかを決定するためのパルス信号をモータ駆動回路1へ出力する。これにより、位置算出部71から入力された回転子の位置に対応して変化する回転子の磁界に応じて、前記回転子を回転駆動するための磁界を発生させるために前記電機子巻線にモータ駆動電流を流す。すなわち、前記回転子の位置に応じて、前記回転子にトルクを加えるために前記電機子巻線にモータ駆動電流を流すように、モータ駆動回路1のトランジスタT1、T2、T3、T4、T5、又はT6のオン・オフを制御することにより、前記回転子にトルクを加え続けモータ2を回転させる。
温度算出部73は、受信回路6から入力されたデジタル信号を予め定められた閾値と比較して、異常温度であると判断した場合には、判断結果をパルス駆動部72へ出力する。これにより、パルス駆動部72は、モータ2を停止するためのパルス信号をモータ駆動回路1へ出力し、モータ2を停止させる。
次にPWMインバータ方式のモータ駆動回路1の動作について説明する。PWMインバータ方式は、前記搬送信号及び入力信号の振幅を比較器(変調器)で比較し、その大小によって、インバータ内のいずれのトランジスタをオン・オフさせるかを決定するパルス信号のパルス幅を変調制御して出力電圧又は出力電流を制御するものである。例えば、前記搬送信号に対して、入力信号の振幅を増加した場合は、前記入力信号と搬送信号の振幅が一致するタイミングが早くなり、パルス信号のパルス幅が大きくなる。これにより、入力信号に応じて、パルス信号のパルス幅を制御することができる。
図4は各電源線3を流れるモータ駆動電流を示す説明図である。図において、T1、T2、T3、T4、T5、T6夫々は、モータ駆動回路1のトランジスタT1、T2、T3、T4、T5、T6夫々がオン状態になるタイミングを示す。また、Iu、Iv、Iwは、モータ2の三相端子U、V及びWに流入するモータ駆動電流Iu、Iv、Iwを示す。
制御回路7から出力されたパルス信号により、トランジスタT1及びT5がオン状態の場合は、トランジスタT1のエミッタ・コレクタ間の電位差はほぼ零であるため、電池11の電圧Edは電源線3のU端子に印加され、接地に対するU端子の電圧Euは電圧Edに等しくなる。一方、トランジスタT5のエミッタ・コレクタ間の電位差もほぼ零であるため、接地に対する電源線3のV端子の電圧Evの電圧は零に等しくなる。この場合、トランジスタT1を流れたモータ駆動電流は、電源線3を流れてU端子に流入して電機子巻線を流れ、V端子から流出して電源線3を介して、トランジスタT5を流れる。したがって、U端子及びV端子に流れるモータ駆動電流Iu、Ivは相互に逆方向に流れ、W端子に接続された電源線3にはモータ駆動電流Iwが流れない休止期間が存在する。また、この場合、接地に対する電源線3のW端子の電圧Ewは、電圧Ed又は零のいずれにもならず、フローティング状態となる。
次に、トランジスタT1がオン状態のまま、トランジスタT5がオフ状態となり、代わってトランジスタT6がオン状態になった場合は、トランジスタT1のエミッタ・コレクタ間の電位差はほぼ零であるため、電池11の電圧Edは電源線3のU端子に印加され、接地に対するU端子の電圧Euは電圧Edのまま変化しない。一方、トランジスタT6のエミッタ・コレクタ間の電位差もほぼ零であるため、接地に対する電源線3のW端子の電圧Ewの電圧は零に等しくなる。この場合、トランジスタT1を流れたモータ駆動電流Iuは、電源線3を流れてU端子に流入して電機子巻線を流れ、W端子から流出して電源線3を介して、トランジスタT6を流れる。したがって、U端子及びW端子に流れるモータ駆動電流Iu、Iwは相互に逆方向に流れ、V端子に接続された電源線3にはモータ駆動電流Ivが流れない休止期間が存在する。また、この場合、接地に対する電源線3のV端子の電圧Evは、電圧Ed又は零のいずれにもならず、フローティング状態となる。
さらに、トランジスタT6がオン状態のまま、トランジスタT1がオフ状態となり、代わってトランジスタT2がオン状態になった場合は、トランジスタT2のエミッタ・コレクタ間の電位差はほぼ零であるため、電池11の電圧Edは電源線3のV端子に印加され、接地に対するV端子の電圧Evは電圧Edに等しくなる。一方、トランジスタT6のエミッタ・コレクタ間の電位差もほぼ零であるため、接地に対する電源線3のW端子の電圧Ewの電圧は零に等しくなる。この場合、トランジスタT2を流れたモータ駆動電流Ivは、電源線3を流れてV端子に流入して電機子巻線を流れ、W端子から流出して電源線3を介して、トランジスタT6を流れる。したがって、V端子及びW端子に流れるモータ駆動電流Iv、Iwは相互に逆方向に流れ、U端子に接続された電源線3にはモータ駆動電流Iuが流れない休止期間が存在する。また、この場合、接地に対する電源線3のU端子の電圧Euは、電圧Ed又は零のいずれにもならず、フローティング状態となる。
同様にトランジスタT1乃至T6がオン・オフ状態を繰り返すことにより、各電源線3には、モータ駆動電流Iu、Iv、Iwが流れない休止期間が、交番的に繰り返されて発生し、各電源線3を遷移することになる。また、この場合、モータ駆動電流Iu、Iv、Iwが電源線3のU端子、V端子、W端子夫々を流れない期間は、電源線3のU端子、V端子、W端子の電圧Eu、Ev、Ew夫々は電圧Ed又は零のいずれでもなくフローティング状態となる。
各電源線3をモータ駆動電流Iu、Iv、Iwが流れない休止期間が、交番的に繰り返されて発生し、前記休止期間は各電源線3の電圧はフローティング状態となる。すなわち、前記休止期間以外の期間においては、各電源線3の電圧は、電圧Edにクリップされ又は接地レベルにクリップされるため、前記期間においては、送信回路5がデジタル信号を電源線3へ出力しても、該デジタル信号は電源線3を介して伝送されない。一方、前記休止期間においては、各電源線3の電圧はフローティング状態であるため、送信回路5がデジタル信号を電源線3へ出力すると、該デジタル信号は電源線3を介して伝送される。
電源線3のV端子に接続された送信回路5において、電源線3の電圧EvがEd(Ed>DC1)である場合は、電源線3の電圧Evが電圧Edにクリップされ、送信回路5は検出回路4の切替部43のバッファに保持されたデジタル信号を送信しても、電源線3を介して伝送されない。また、電源線3の電圧Evが接地レベルである場合も、電圧Evは零電位にクリップされるため、送信回路5は検出回路4の切替部43のバッファに保持されたデジタル信号を送信しても、電源線3を介して伝送されない。一方、電源線3にモータ駆動電流Ivが流れない期間、すなわち、電源線3の電圧Evがフローティング状態の場合は、切替部43のバッファに保持されたデジタル信号がトランジスタ51のベースに出力され、前記デジタル信号が抵抗52を介して電源線3に出力され、受信回路6へ伝送される。また、電源線3のU端子、W端子に接続された送信回路5、5も同様の動作を行う。
受信回路6は、フィルタ回路61により電源線3夫々のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwの休止期間に伝送されたデジタル信号を通過して受信する。受信回路6は、論理和演算回路63により受信したデジタル信号について論理和演算を行い、各電源線3夫々を送信されたデジタル信号から元のデジタル信号を復元する。
図5は送信及び受信されるデジタル信号を示す説明図である。図において、A、B、及びCは、夫々電源線3のU端子、W端子、及びV端子におけるモータ駆動電流の休止期間を示す。送信回路5、5、5は各電源線3夫々に同時にデジタル信号A、B、Cを出力する。
しかし、電源線3のU端子はAの期間のみモータ駆動電流が流れず、U端子の電圧はフローティング状態であるが、B及びCの期間はモータ駆動電流が流れ、U端子の電圧は電圧Ed又は接地レベルにクリップされている。このため、送信回路5が電源線3のU端子へ出力したデジタル信号A、B、Cは、Aの期間のみ伝送され、B及びCの期間に出力されたデジタル信号は伝送されない。
電源線3のW端子に出力されたデジタル信号A、B、Cも同様に、Bの期間のみ伝送され、C及びAの期間に出力されたデジタル信号は伝送されない。また、電源線3のV端子に出力されたデジタル信号A、B、Cも同様に、Cの期間のみ伝送され、A及びBの期間に出力されたデジタル信号は伝送されない。
受信回路6は、電源線3のU端子、W端子、及びV端子夫々に時分割して伝送されたデジタル信号A、B、及びCを論理和演算することにより、元のデジタル信号A、B、Cを復元することができる。
上述の如く、モータ駆動電流Iu、Iv、Iwの休止期間は、交番的に各電源線3を移動するため、各電源線3に同時に送信されたデジタル信号は、各電源線3のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwの休止期間に送信されたデジタル信号のみが伝送される。すなわち、元のデジタル信号は、時分割されて各電源線3を介して伝送され、受信回路において元のデジタル信号に復元される。
モータ駆動電流が流れない休止期間においては、モータ駆動電流により生じるノイズが発生しないため、送信回路5、5、5は、ノイズの影響を受けずにデジタル信号を電源線3へ伝送することができる。
実施の形態において、モータ駆動回路1にはトランジスタが用いられていたが、これに限られるものではなく、FETなどのスイッチング素子であってもよい。
送信回路5におけるスイッチング素子はトランジスタであるが、FETなどの他のスイッチング素子であってもよく、またスイッチング素子の一段に限らず他段の構成であってもよい。また、受信回路6における検波回路62の構成もトランジスタの一段構成になっているが、これに限らず、他段の構成でもよく、また、FETなどの他のスイッチング素子を用いた構成であってもよい。
実施の形態において、デジタル信号が、三相の電源線のすべてを介して送信される構成であったが、三相の電源線のうち二線を介して送信される構成であってもよい。
1 モータ駆動回路
2 モータ
3 電源線
4 検出回路
5 送信回路
6 受信回路
7 制御回路
51 トランジスタ
52 抵抗素子
53 抵抗素子
61 フィルタ回路
62 検波回路
63 論理和演算回路
2 モータ
3 電源線
4 検出回路
5 送信回路
6 受信回路
7 制御回路
51 トランジスタ
52 抵抗素子
53 抵抗素子
61 フィルタ回路
62 検波回路
63 論理和演算回路
Claims (4)
- 複数の電源線を介してモータへ駆動電流を供給するモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサの出力に関連する信号を前記電源線を介して送信する送信回路と、前記複数の電源線に接続され、受信した信号を前記モータ駆動回路へ出力する受信回路とを備え、前記モータ駆動回路は、前記駆動電流の休止期間が前記複数の電源線を交番的に遷移すべくなしてあるモータ駆動装置において、
前記送信回路は、前記複数の電源線のいずれか二線以上の送信用電源線に接続してあることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記送信回路は、前記送信用電源線の前記休止期間夫々に前記信号を送信すべくなしてあることを特徴とする請求項1に記載されたモータ駆動装置。
- 前記送信回路は、前記信号を送信するための電源を備え、前記信号を前記送信用電源線に出力するスイッチング素子が前記電源と前記送信用電源線との間に夫々接続してあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載されたモータ駆動装置。
- 前記受信回路は、受信した信号に論理和演算を行う演算回路を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたモータ駆動装置。
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