JP2014018010A - モータの駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ20の駆動制御装置1は、直流電源Vdからの電力供給を受けてモータ20の複数の電機子コイルに対して通電を行うインバータ回路2と、このインバータ回路2に駆動信号を出力するプリドライブ回路3と、直流電源Vdからの所定の電力供給を検出すると駆動制御信号C1をプリドライブ回路3に出力し、直流電源Vdからの所定の電力供給が検出しなくなると、その後の電源電圧Vccの降下量をもとに、駆動制御信号C1または短絡制動信号C2を選択してプリドライブ回路3に出力する制御回路部5とを備えている。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、電源からの電力供給が停止した際に、モータの回転を短時間に停止させる制動方法として、短絡制動(ショートブレーキ)の発明が記載されている。
一方で、電源スイッチをオフした場合には、駆動制御装置は、慣性作用で冷却ファンをできる限り回転させ続けて、当該機器を冷却したいという要求がある。しかし、特許文献1に記載の短絡制動方法によれば、駆動制御装置は、電源からの電力供給が停止した全ての場合に於いて短絡制動して、冷却ファンの回転を停止してしまうため、この要求に対応することができない。
これにより、駆動制御装置は、電源電圧の降下量に応じて、当該駆動制御装置が電源から切り離されたときと、当該駆動制御装置を電源から切り離さずに電源をオフしたときとを判定し、当該判定に基づいて短絡制動信号を選択してモータを短絡制動するか、駆動制御信号を選択して慣性力でモータを回転させ続けるかを切り替えることができる。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
モータユニット40は、コネクタ41を備え、電源ユニット30のコネクタ31と導線によって接続され、直流電力の供給を受けている。モータユニット40は、駆動制御装置1と、モータ20と、コネクタ41とを備え、モータ20が回転駆動する図示しない冷却ファンによって、図示しない機器を冷却するものである。
電源ユニット30は、直流電力を供給する直流電源Vdと、当該直流電力を平滑化する平滑コンデンサCsと、当該電源ユニット30をオン・オフして電力の供給と停止とを切り替える電源スイッチSW1と、コネクタ31とを備えている。電源ユニット30は、モータユニット40に直流電力を供給するものである。電源ユニット30のコネクタ31と、モータユニット40のコネクタ41とは、それぞれ電力を供給する導線と、グランドを接続する図示しない導線とで接続されている。モータユニット40は、コネクタ31およびコネクタ41の部分で導線を取り外して、新たなモータユニット40と交換が可能なように構成されている。
制御回路部5は、駆動制御信号C1または短絡制動信号C2を選択して、プリドライブ回路3に出力するものである。制御回路部5は、直流電源Vdから印加された電源電圧Vccが基準電圧Vt以下になったことにより、電源の供給が停止したことを検出したならば、短絡制動信号C2を選択してプリドライブ回路3に出力し、電源電圧Vccの降下量ΔVに応じて、駆動制御信号C1または短絡制動信号C2を選択してプリドライブ回路3に出力する。制御回路部5の詳細は、後記する。
インバータ回路2およびプリドライブ回路3は、直流電源Vdからの電力供給を受け、駆動制御信号C1によってモータ20を回転駆動し、短絡制動信号C2によってモータ20を短絡制動するものである。
プリドライブ回路3は、例えば、6個のゲートドライブ回路を備えている。プリドライブ回路3は、6個の駆動制御信号C1が入力されると、これらで駆動制御信号C1に応じた駆動信号Vuu,Vul,Vvu,Vvl,Vwu,Vwlを生成し、インバータ回路2に出力する。更に、プリドライブ回路3は、短絡制動信号C2が入力されると、短絡制動信号C2に応じた駆動信号Vuu,Vul,Vvu,Vvl,Vwu,Vwlを生成し、インバータ回路2に出力する。
制御回路部5は、電源電圧Vccに応じて、動作指令信号S1または動作指令信号S2を選択して出力する制御動作切換部6と、動作指令信号S1によってプリドライブ回路3に駆動制御信号C1を出力するモータ制御部7と、動作指令信号S2によってプリドライブ回路3に短絡制動信号C2を出力する短絡制動部8とを備えている。
制御動作切換部6は、直流電源Vdの電力供給を検出すると動作指令信号S1を出力してモータ制御部7を動作させる。制御動作切換部6は、直流電源Vdからの所定の電力供給が検出されなくなると、第1所定期間の経過後の第2所定期間中に、動作指令信号S2を出力して短絡制動部8を動作させ、第1所定期間の電源電圧情報Vinと第2所定期間の電源電圧情報Vinをもとに、動作指令信号S1を出力してモータ制御部7を動作させるか、または、動作指令信号S2を出力して短絡制動部8を動作させる。
短絡制動部8は、制御動作切換部6からH(ハイ)レベルの動作指令信号S2が入力されると、短絡制動信号C2をプリドライブ回路3に出力する。短絡制動信号C2は、モータ20を短絡制動(ショートブレーキ)する信号である。制御回路部5は、短絡制動部8によってプリドライブ回路3に短絡制動信号C2を出力し、モータ20を短絡制動する信号をプリドライブ回路3に生成させる。
制御動作判定部10は、電源電圧監視部9の電源電圧情報Vinに基づき、モータ制御部7または短絡制動部8を動作させるものである。制御動作判定部10は、入力された電源電圧情報Vinに基づいて電源ユニット30とモータユニット40との接続状態を判定して判定情報Soを出力する接続状態判定部12と、この判定情報Soに基づいて動作指令信号S1または動作指令信号S2を選択して出力する制御動作選択部13とを備えている。
制御動作判定部10は、電源電圧Vccの降下量ΔVに基づき、電源ユニット30がオフされた状態(電源スイッチSW1がオフ状態)であるか、または、電源ユニット30とモータユニット40とが切り離された状態(電源から切断された状態)であるかを判定する。制御動作判定部10は、電源電圧Vccの降下量ΔVに基づき、電源ユニット30がオフされた状態と判定したならば、動作指令信号S1をモータ制御部7に出力し、電源ユニット30とモータユニット40とが切り離された状態であると判定したならば、動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。
定電圧源11は、直流電源Vdから供給される電力から定電圧を生成し、制御回路部5に印加するものである。制御回路部5は、定電圧源11から印加された定電圧によって動作する。
図1を参照して、第1実施形態に於ける短絡制動の動作について説明する。
直流電源Vdからの電力供給が停止した場合、短絡制動部8は、短絡制動信号C2をプリドライブ回路3に出力する。短絡制動信号C2の入力により、プリドライブ回路3は、以下のように動作する。
プリドライブ回路3は、駆動信号Vwlがパルス信号となるように設定して、スイッチング素子Q6のゲート端子に出力する。プリドライブ回路3は、下アーム側のスイッチング素子Q6にスイッチング動作を行わせている。これにより、短絡制動部8とプリドライブ回路3とは、モータ20に短絡制動を掛けて、速やかに停止させることができる。
ステップS10に於いて、電源電圧監視部9は、電源電圧Vccが基準電圧Vt以下であるか否かを判定する。電源電圧監視部9は、当該判定条件が成立したならば(Yes)、ステップS11の処理を行い、当該判定条件が成立しなかったならば(No)、ステップS18の処理を行う。
ステップS13に於いて、電源電圧監視部9は、第2所定期間に亘って電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V2を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。第2所定期間は、第1所定期間と同様に、予め定められた期間である。
ステップS15に於いて、接続状態判定部12は、電圧V1と電圧V2との差により、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出する。
ステップS16に於いて、接続状態判定部12は、降下量ΔVが閾値V3以下であるか否かを判定する。接続状態判定部12は、当該判定条件が成立したならば(Yes)、ステップS17の処理を行い、当該判定条件が成立しなかったならば(No)、ステップS19の処理を行う。
閾値V3は、直流電源Vdの電源スイッチSW1がオフされたことに伴う電源電圧Vccの緩やかな降下量と、電源ユニット30とモータユニット40とが切り離されたことに伴う電源電圧Vccの急峻な降下量とを区別するものである。
ステップS18に於いて、制御動作選択部13は、動作指令信号S1をモータ制御部7に出力する。モータ制御部7は、プリドライブ回路3に駆動制御信号C1を出力し、モータ20の駆動制御を行う。ステップS18の処理が終了すると、図2の電力供給停止判定処理は終了する。
ステップS20に於いて、制御動作選択部13は、H(ハイ)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。短絡制動部8は、プリドライブ回路3に短絡制動信号C2を出力し、モータ20の短絡制動を行う。ステップS20の処理が終了すると、図2の電力供給停止判定処理は終了する。
図3(a1)〜(a3)の時刻T0に於いて、直流電源Vdの電源スイッチSW1がオフされることにより、図3(a1)〜(a3)に示す処理が開始する。
時刻T1(ステップS10)に於いて、電源電圧監視部9は、電源電圧Vccが基準電圧Vt以下になったことを検出し、直流電源Vdからの電力供給が停止したと判定する。
時刻T2(ステップS12)に於いて、制御動作判定部10は、直流電源Vdからの電力供給が停止したと判定し、短絡制動をオンするため、H(ハイ)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。短絡制動部8は、短絡制動信号C2をプリドライブ回路3に出力して短絡制動を開始(オン)する。
第2所定期間である時刻T2〜T3(ステップS13)に於いて、電源電圧監視部9は、電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V2を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。
時刻T3〜T4(ステップS15〜S17)に於いて、接続状態判定部12は、電圧V1と電圧V2との差によって、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出し、降下量ΔVが閾値V3以下であるか否かを判定する。ここで降下量ΔVは、閾値V3以下なので、接続状態判定部12は、直流電源Vdがオフ(電源スイッチSW1がオフ)していると判定する。
時刻T4(ステップS18)に於いて、制御動作選択部13は、動作指令信号S1をモータ制御部7に出力する。時刻T4以降、モータ制御部7は、モータ20の駆動制御を行う(不図示)。これにより、駆動制御装置1は、慣性力でモータ20を回転させ続けることができる。
図3(b1)〜(b3)の時刻T0(ステップS10)に於いて、モータユニット40は、電源ユニット30から切り離される。
時刻T1(ステップS10)に於いて、電源電圧監視部9は、電源電圧Vccが基準電圧Vt以下になったことを検出し、直流電源Vdからの電力供給が停止したと判定する。
時刻T2(ステップS12)に於いて、制御動作判定部10は、短絡制動を開始(オン)するため、H(ハイ)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。短絡制動部8は、プリドライブ回路3に短絡制動信号C2を出力し短絡制動を開始(オン)する。
第2所定期間である時刻T2〜T3(ステップS13)に於いて、電源電圧監視部9は、電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V2を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。
時刻T3〜T4(ステップS15,S16,S19)に於いて、接続状態判定部12は、電圧V1と電圧V2との差により、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出し、降下量ΔVが閾値V3以下であるか否かを判定する。降下量ΔVは、閾値V3を超えているので、接続状態判定部12は、当該モータユニット40が直流電源Vdから切断されていると判定する。
時刻T4(ステップS20)に於いて、制御動作選択部13は、H(ハイ)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。時刻T4以降、短絡制動部8は、モータ20の短絡制動を行う(不図示)。これにより、駆動制御装置1は、短絡制動(ショートブレーキ)を掛けて、モータ20を短時間で停止させることができる。
電源オフの場合には、直流電源Vdの平滑コンデンサCsとつながっているため、ハイサイド側のスイッチング素子Q1〜Q6がオン/オフ動作を継続する。これにより、図3(a2)に示すように、所定の大きさのW相電流Iwが流れる。
電源からの切断の場合、インバータ回路2は、直流電源Vdの平滑コンデンサCsから切り離されるため、スイッチング素子Q1〜Q6のオン/オフ動作が不安定になる。そのため、図3(b2)に示すように、W相電流Iwは殆ど流れず、かつ、電源オフの場合と比較して、電圧と電流のそれぞれのリップルノイズが増加する傾向にある。
以上説明した第1の実施形態では、次の(A)のような効果がある。
第2の実施形態の駆動制御装置1は、第1の実施形態の駆動制御装置1と同様に構成されている。第2の実施形態の駆動制御装置1は、短絡制動の実行中に電源ユニット30とモータユニット40との接続状態を判定するものである。
電力供給停止判定処理を開始したのち、制御回路部5の電源電圧監視部9と制御動作判定部10とは、第1の実施形態のステップS10〜S13と同様の処理(図2)を行う。ステップS13の処理が終了すると、制御回路部5は、第1の実施形態のステップS14の処理を行わずに、短絡制動部8に短絡制動オンを指示したまま、ステップS15の処理を行う。
ステップS15,S16,S17,S19の処理は、第1の実施形態(図2)と同様である。ステップS17の処理が終了すると、制御動作判定部10は、ステップS17Aの処理を行う。
ステップS17Aに於いて、制御動作判定部10は、短絡制動を停止(オフ)するため、L(ロー)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。これにより、短絡制動部8は、短絡制動を停止する。ステップS17Aの処理が終了すると、制御回路部5は、第1の実施形態のステップS18と同様な処理を行い、図4の処理を終了する。
制御回路部5は、ステップS19の処理が終了すると、第1の実施形態とは異なり、図4の処理を終了する。
第1の実施形態の電力供給停止判定処理では、モータユニット40が電源ユニット30から切断された場合には、動作指令信号S2がオフしたのちに電源電圧Vccの降下量ΔVを判定し、再び動作指令信号S2をオンしていた。これにより、短絡制動が短期間だけオフする状態が発生し、よって、モータ20の鳴音や異音の原因となる虞があった。
第2実施形態の電力供給停止判定処理では、短絡制動が短期間だけオフする状態は発生しないので、モータ20の鳴音や異音を抑止することができる。
時刻T0〜T2(ステップS10〜S13)に於ける第2の実施形態の電源オフ時の動作は、第1の実施形態の電源オフ時の動作(図3(a1)〜(a3))と同様である。
時刻T3〜T4(ステップS15〜ステップS17)に於いて、接続状態判定部12は、電圧V1と電圧V2との差によって電源電圧Vccの降下量ΔVを算出し、降下量ΔVが閾値V3以下であるか否かを判定する。ここで降下量ΔVは、閾値V3以下なので、接続状態判定部12は、直流電源Vdがオフ(電源スイッチSW1がオフ)していると判定する。
時刻T4(ステップS17A,S18)に於いて、制御動作判定部10は、第1の実施形態の電源オフ時の動作とは異なり、L(ロー)レベルの動作指令信号S2を短絡制動部8に出力する。制御動作選択部13は、動作指令信号S1をモータ制御部7に出力する。時刻T4以降、モータ制御部7は、モータ20の駆動制御を行う(不図示)。これにより、駆動制御装置1は、慣性力でモータ20を回転させ続けることができる。
時刻T0〜T2(ステップS10〜S13)に於ける第2の実施形態の電源切断時の動作は、第1の実施形態の電源切断時の動作(図3(b1)〜(b3))と同様である。
時刻T3に於いて、制御動作判定部10は、第1の実施形態の電源切断時の動作とは異なり、H(ハイ)レベルの動作指令信号S2を継続して短絡制動部8に出力する。短絡制動部8は、短絡制動信号C2の出力を継続する。
時刻T3〜T4(ステップS15,S16,S19)に於いて、接続状態判定部12は、電圧V1と電圧V2との差により、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出し、降下量ΔVが閾値V3以下であるか否かを判定する。降下量ΔVは、閾値V3を超えているので、接続状態判定部12は、当該モータユニット40が直流電源Vdから切断されていると判定する。時刻T3〜T4と時刻T4以降とに於いて、短絡制動部8は、モータ20の短絡制動を中断することなく連続して行う。
これにより、駆動制御装置1は、短絡制動(ショートブレーキ)を掛けて、モータ20を短時間で停止させることができる。
以上説明した第2の実施形態では、次の(B)のような効果がある。
第3の実施形態の駆動制御装置1は、第1の実施形態の駆動制御装置1と同様に構成されている。第3の実施形態の駆動制御装置1は、短絡制動期間に於ける電源電圧Vccのみを測定して、降下量ΔVを算出するものである。
電力供給停止判定処理を開始すると、ステップS10に於いて、電源電圧監視部9は、第1の実施形態と同様に、電源電圧Vccが基準電圧Vt以下であるか否かを判定する。電源電圧監視部9は、当該判定条件が成立したならば(Yes)、ステップS21の処理を行い、当該判定条件が成立しなかったならば(No)、ステップS18の処理を行う。
ステップS22に於いて、電源電圧監視部9は、短絡制動期間の前半の電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V1を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。
ステップS23に於いて、電源電圧監視部9は、短絡制動期間の後半の電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V2を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。
ステップS15〜S20の処理は、第1の実施形態と同様である。ステップS18またはステップS20の処理が終了すると、図6の電力供給停止判定処理は終了する。
以上説明した第3の実施形態では、次の(C)のような効果がある。
第4の実施形態の駆動制御装置1は、第1の実施形態の駆動制御装置1と同様に構成されている。第4の実施形態の駆動制御装置1は、基準電圧Vtと短絡制動期間に於ける電源電圧Vccとの差により、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出するものである。
電力供給停止判定処理を開始すると、ステップS10に於いて、電源電圧監視部9は、第1の実施形態と同様に電源電圧Vccが基準電圧Vt以下であるか否かを判定する。電源電圧監視部9は、当該判定条件が成立したならば(Yes)、ステップS21の処理を行い、当該判定条件が成立しなかったならば(No)、ステップS18の処理を行う。
ステップS23Aに於いて、電源電圧監視部9は、短絡制動期間の電源電圧Vccを繰り返し計測して平均値の電圧V2を算出し、電源電圧情報Vinとして制御動作判定部10に出力する。
ステップS15Aに於いて、接続状態判定部12は、基準電圧Vtと電圧V2との差により、電源電圧Vccの降下量ΔVを算出する。
ステップS16〜S20の処理は、第1の実施形態と同様である。ステップS18またはステップS20の処理が終了すると、図7の電力供給停止判定処理は終了する。
以上説明した第4の実施形態では、次の(D)のような効果がある。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
2 インバータ回路 (モータ駆動部の一例)
3 プリドライブ回路 (モータ駆動部の一例)
4 回転位置検出器
5 制御回路部 (制御部の一例)
6 制御動作切換部
7 モータ制御部
8 短絡制動部
9 電源電圧監視部
10 制御動作判定部
11 定電圧源
12 接続状態判定部
13 制御動作選択部
20 モータ
30 電源ユニット
40 モータユニット
Claims (6)
- 電源からの電力供給を受け、駆動制御信号によってモータを駆動し、短絡制動信号によって前記モータを短絡制動するモータ駆動部と、
前記電源から印加された電源電圧が基準電圧以下になったと判定したならば、前記短絡制動信号を選択して前記モータ駆動部に出力し、前記電源電圧の降下量に応じて、前記駆動制御信号または前記短絡制動信号を選択して前記モータ駆動部に出力する制御部と、
を備えることを特徴とするモータの駆動制御装置。 - 前記制御部は、
前記短絡制動信号を選択した際の前記電源電圧の降下量が閾値と等しいか緩やかならば、前記駆動制御信号を選択して前記モータ駆動部に出力し、前記電源電圧の降下量が前記閾値よりも急峻ならば、引き続き前記短絡制動信号を選択して前記モータ駆動部に出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータの駆動制御装置。 - 前記閾値は、前記電源と当該駆動制御装置とが切り離されたことに伴う前記電源電圧の降下量と、前記電源がスイッチオフされたことに伴う前記電源電圧の降下量とを区別するものであり、
前記制御部は、
前記短絡制動信号を選択した際の前記電源電圧の降下量が前記閾値と等しいか緩やかならば、前記電源がスイッチオフされたと判定し、前記駆動制御信号を選択して前記モータ駆動部に出力し、前記電源電圧の降下量が前記閾値よりも急峻ならば、前記電源と当該駆動制御装置とが切り離されたと判定し、引き続き前記短絡制動信号を選択して前記モータ駆動部に出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータの駆動制御装置。 - 前記制御部は、
前記駆動制御信号を出力しているときに前記電源電圧が前記基準電圧以下であると判定したならば、第1所定期間に亘って前記駆動制御信号を選択して出力したのちに第2所定期間に亘って前記短絡制動信号を選択して出力し、前記第1所定期間に於ける電源電圧と前記第2所定期間に於ける電源電圧との差を算出して前記電源電圧の降下量とする、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータの駆動制御装置。 - 前記制御部は、
前記駆動制御信号を出力しているときに前記電源電圧が前記基準電圧以下であると判定したならば、前記短絡制動信号を選択して出力し、当該短絡制動信号の出力期間に於ける電源電圧の降下量を測定して前記電源電圧の降下量とする、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータの駆動制御装置。 - 前記制御部は、
前記駆動制御信号を出力するモータ制御部と、
前記短絡制動信号を出力する短絡制動部と、
前記電源電圧を検出する電源電圧監視部と、
前記電源電圧監視部によって前記電源電圧が前記基準電圧以下になったことを検出したならば、前記短絡制動部を動作させて前記電源電圧の降下量を測定し、前記電源電圧の降下量に応じて、前記モータ制御部または前記短絡制動部を動作させる制御動作判定部と、
を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のモータの駆動制御装置。
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