JP3294094B2 - Dcブラシレスモ−タの制御装置 - Google Patents
Dcブラシレスモ−タの制御装置Info
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Description
タイミング信号に応答してモ−タの回転を制御するDC
ブラシレスモ−タの制御装置に係り、特にモ−タの起動
時間を短縮化するDCブラシレスモ−タの制御装置に関
する。
リ、フロッピ−ディスクドライブ(FDD)及びハ−ド
ディスクドライブ(HDD)などの機器に駆動用モ−タ
としてDCブラシレスモ−タが用いられている。図6は
従来の一般的なアウタ−ロ−タ(外転)形DCブラシレ
シモ−タの構造例の断面を示す図である。
タ100においては、フィ−ルドマグネット11が複数
極配置されたロータ20はステ−タコア16を囲む回転
構造から成っており、カップ状のロ−タヨ−ク13の中
心にシャフト14が圧入などにより一体形成されてい
る。又前記ロータのフィールドマグネット11の下端外
周部には図9に示すように、FG(フレキュエンシ−ジ
ェネレ−タ)着磁パターン(FGマグネット)11Aが
着磁されている。
の柱部15aにはステ−タコア12にステ−タコイル
(アマチュアコイル)16が巻き付けられている。また
ハウジング15の円形状の座部(機器取り付け部)15
bにはロ−タ20の回転位置を検出するホ−ルセンサ1
08が転流切換えの数(相数、三相の場合は三個)に対
応する数だけ基板A上に配置されている。この基板Aに
は後述するモ−タ駆動回路のICなどが実装されてい
る。
磁パターン11Aと対応する位置に、ロ−タ20の回転
速度を検出する固定FG基板で形成されているFGセン
スコイル(FGセンサ)19が設けられている。
00の回転を制御する制御装置の一例として図7に基づ
いて説明する。この制御装置では、DCブラシレスモ−
タ100の転流切換えや回転制御が行なわれる。
は、ロ−タ20の回転速度をFGセンスコイル19とフ
ィ−ルドマグネット11上に設けたFGマグネット11
AによりFG出力を検出し、またロ−タ20の磁極位置
をホ−ルセンサ108によつて検出する。ホ−ルセンサ
108の検出出力はホ−ルアンプ110で増幅され、転
流(相)切換部111ではホ−ルアンプ110の出力に
したがつてU相、V相、W相のいずれかに切換えてモ−
タドライバ112を動作させる。
制御を行なうためFGセンサ19のFG出力はFGアン
プ113で増幅されて位相比較器114および速度比較
器115夫々の入力端子に入力される。また位相比較器
114及び速度比較器115の他の入力端子にはクロッ
ク信号が基準発振器120から入力する。そして、加算
器116では位相比較器114と速度比較器115の誤
差出力を加算する。
に基づいて比例積分補償(PI補償)を行なう。定電流
回路118では補償器117の補償出力をもとにモ−タ
電流を定電流にする。またモ−タドライバ112は定電
流回路118の出力にしたがってDCブラシレスモ−タ
100を駆動させる。また電流検知部119ではモ−タ
ドライバ112の駆動出力(電流)を検出する。
モ−タ100の転流(相)の切換えは、ホ−ルセンサ1
08の出力により転流(相)切換えタイミング信号を生
成し、U相、V相、W相のいずれかの相への切換え及び
DCブラシレスモ−タ100の回転制御を行なう。また
FG着磁パターン(回転マグネット)11AをFGセン
サ19により検出し、基準発振器から出力するクロック
信号と周波数(速度)・位相差を比較してその誤差を出
力し、制御系の定常偏差の減少、安定化のための補償を
補償器117で行なう。
電流は、オペアンプ(定電流回路118)で帰還させ
て、モ−タ電流を定電流にする。基準発振器120のク
ロック周波数に同期させて速度制御をすることができる
ので、モ−タの速度制御を精度良く行なうことができ
る。
ブラシレスモ−タ130にホ−ルセンサを用いない小型
・低価格のモ−タの例である。図7と同一構成について
は同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。かかるD
Cブラシレスモ−タ130ではモ−タの起動時から一定
時間、一定パタ−ンの転流(相)切換えタイミング信号
により転流(相)の切換えを行なう。すなわち、図8に
示す逆起電圧検出部131ではDCブラシレスモ−タ1
30から発生する逆起電圧を先ず検出する。
6に示すフィ−ルドマグネット11の磁極位置を知るた
めであり、この逆起電圧に基づいて生成する転流(相)
切換えタイミング信号を得るためである。速度検知部1
32では逆起電圧検出部131で検出した逆起電圧に基
づいてDCブラシレスモ−タ130の回転速度を検出す
る。そして速度比較器133では基準発振器120のク
ロック出力と回転速度検知部132の検知速度に基づい
てDCブラシレスモ−タ130の回転速度の比較を行な
う。
3の比較出力に基づいてDCブラシレスモ−タ130の
速度制御の補償を行なう。さらに定電流回路118では
PI補償器の出力をもとにモ−タ電流を定電流にし、モ
−タドライバ112を動作させてDCブラシレスモ−タ
を駆動させる。
パタ−ンに同期して回転を始めると、モ−タの各相であ
るU相、V相、W相に逆起電圧を発生する。この逆起電
圧はモ−タの図6に示すフィ−ルドマグネット11の磁
極位置を示しており、この逆起電圧に基づいて生成する
転流(相)切換えタイミング信号と基準発振器のクロッ
クの周波数(速度)と速度比較器133で比較してその
誤差を出力し、制御系の定常偏差の減少、安定化のため
の補償を行なった後、モ−タ電流をオペアンプ(定電流
回路118)において帰還させ、モ−タ電流を定電流に
する。モ−タの回転を基準発振器120のクロック周波
数に合わせて行なうことにより、モ−タの速度制御が精
度良く行なわれるようになる。
術において、図6に示すモ−タ制御装置では例えば3相
DCブラシレスモ−タの場合にホ−ルセンサを3個使用
し、これらホ−ルセンサをフィ−ルドマグネットに対し
て60°又は、120°の角度に配置しなければならな
かった。この場合には、ホ−ルセンサを多数使用しなけ
ればならず、またその配置する位置精度が要求され、組
付けのための時間や労力が必要になっていた。したがっ
て、これらのために製造コストなども多くかかってい
た。
使用条件に一定の制限があるため、使用に際して注意を
しなければならなかった。一方、図7に示したモ−タ制
御装置はホ−ルセンサ、FGセンサを使用せず、一般的
に小型化・低価格の要求に対応したものであって、通常
FGセンサも使用しないため、モ−タの回転速度が3,
000rpm以上の高速回転で使用することが可能であ
るが、低速回転の場合に回転精度を落とすかまたはFG
センサを使用する必要があった。
圧に基づいて転流(相)切換えタイミング信号を生成し
ているため、ある程度回転数が高くならないと検知する
ことができずモ−タの起動時間が長くなったり、逆起電
圧を各相U相、V相、W相ごとに個々に検知しなければ
ならず、検知コストがかさむ要因になっていた。
センサの数を減らすことにより低価格のDCブラシレス
モ−タを提供することができるだけでなく、起動時間を
短くすることにより高精度の回転制御を可能にすること
ができるモ−タ制御装置を提供することを目的としてい
る。
ールドマグネットにFG着磁パターンを形成してなるブ
ラシレスモータであつて、フィールドマグネット着磁ピ
ッチに位置同期してFG着磁パターンを形成し、ブラシ
レスモータの一回転に一回の位置を検知するインデック
ス信号とFG着磁を検知するFGセンサとにより相切換
タイミングを生成し、該相切換タイミングにより前記ブ
ラシレスモータの回転制御するものである。
ットの着磁ピッチ内のFG着磁数fとして f=2mn (1)式 m:DCブラシレスモータの相数 n:正の整数 n=1、2、… を満足する構成とし、前記DCブラシレスモータの一回
転に一回の位置を検知するインデックス信号を前記DC
ブラシレスモータの回転方向に対してフィールドマグネ
ット磁極変化点より手前に配置する。
ングが一定時間の経過後に起動する起動制御部からの起
動制御信号に基づいて行なわれることを特徴とするもの
である。
ングにおいて、前記インデックス信号と前記FG着磁を
検知するFGセンサーからの速度信号に基づいて起動制
御信号を生成することを特徴とするものである。
知するFGセンサー出力を計数する第1のカウンタと、
速度検出信号とインデックス信号に基づいて第1のカウ
ンタをリセットさせるクリア信号発生器と、起動速度を
制御するための発振器から出力するクロック信号を計数
する第2のカウンタと、前記第1および第2のカウンタ
の出力をセレクターにより選択し、該選択されたカウン
ターの出力により相切換タイミングを発生させるタイミ
ング発生器とを具備する。
ネット着磁ピッチに位置同期してFG着磁パターンが形
成されていて、ロータの回転によりFGセンサ出力を検
出し、このFGセンサ出力とDCブラシレスモータの一
回転を検出するインデックス信号に基づいて相切換タイ
ミングを生成し、該相切換タイミングによりモータを速
やかに起動させる事が出来る。
f=2mn(m:ブラシレスモータの相数、n;正の整
数n=1、2、…)であるから、3相のモータの場合に
はフィールドマグネットの着磁内のFG着磁数は6と成
る。(図3(2)参照) このときのFG出力は(図3(3)参照)であり、イン
デツクス信号はフィールドマグネット磁極変化点より手
前で出力する。(図3(4))したがって、インデック
ス信号の立上がりとともにクリア反転信号(図3
(5))が発生し、クリア反転信号の立上がった後、図
3(6)の相の電圧が立上がる。
経過後に転流切換タイミングを生成してモ−タを駆動さ
せることができる。
がほぼ起動速度になった後に転流切換タイミングを生成
してモ−タを短時間で駆動させることができる。
2のカウンタを選択し短時間に起動時における転流切換
タイミングを生成してモ−タを駆動させることも可能に
なる。
施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例
記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対
配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の
範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に
すぎない。
1の実施形態におけるアウタロ−タ形のDCブラシレス
モ−タの断面図、図2は図1のDCブラシレスモ−タを
駆動させるための制御回路を示すブロック図、図3は図
1および図2のDCブラシレスモ−タの極性位置、セン
サ出力、転流(相)切換えタイミング信号を示す図であ
り図3において横軸方向の矢印が時間t(機械角θ)で
ある。図1のDCブラシレスモ−タが従来のDCブラシ
レスモ−タと異なるのはハウジングの機器取り付け部に
ホ−ルセンサを設けていない点、ロ−タの一回転を検出
する検出部を設けた点である。
えばモ−タの回転数が3,000rpm以下の低速回転
用のモ−タで複写機、プリンタ、ファクシミリ、フロッ
ピ−デイスクドライブ(FDD)及びハ−ドデイスクド
ライブ(HDD)などの機器の駆動用モ−タとして用い
られている。DCブラシレスモ−タ10においては、フ
ィ−ルドマグネット11はステ−タ12を囲む図3
(1)に示す着磁面を有する回転構造から成っており、
また図9に示すように、円柱状フィールドマグネット1
1の下端部にFG着磁パターン(回転マグネット)(図
3(2))が配設されている。またカップ状のロ−タヨ
−ク13の中心にシャフト14が圧入などにより一体形
成されている。
の柱部15aにはステ−タコア16にステ−タコイル
(アマチュアコイル)が巻き付けられステ−タ18を構
成する。またハウジング15の円形状の座部(機器取り
付け部)15bの外周部にはロ−タ20のFG着磁パタ
ーン11Aと対応する位置にFGコイルセンサ19が基
板A上に配設されている。この基板Aにはこの他に以下
に説明する駆動回路のICなどが実装されている。
はフィールドマグネット着磁ピッチに位置同期して形成
され、具体的にはフィールドマグネットの着磁ピッチ内
のFG着磁数fとして上記DCブラシレスモ−タの相数
m、任意の正の整数n=1、2、…とした場合にFG着
磁数fは、f=2×m×n (1)式を満足させてい
る。たとえば、m=3相のとき、n=1としたときFG
着磁数f=6となり図3(2)のように6極と成る。
ラシレスモ−タ10ではm=3、n=1のとき、FG出
力(図3(3))は(6×8)/2=24となり、ロ−
タ20の一回転の間に図3(3)に示すFG出力として
24個のパルス出力信号が得られる。
0の一回転(図3(1)のマグネット着磁面の8極分を
回転したものに相当し、これをt1とする)を検出する
ためのインデックス検出用の切り欠き(突起)21が設
けられ、ロ−タ20が一回転するたびにフォトインタラ
プタ22の溝22aに突起21が横切ることにより、フ
ォトインタラプタ22の発光素子と受光素子の間が遮断
され、ロ−タ20が一回転したことを回転検出部23で
検出することができる。
図3(4)に示すものであり、ロ−タ20の回転方向に
対してフィ−ルドマグネット11の磁極S極とN極の変
化点より前にインデックス信号t2が立ち上がる。その
後に後述するクリア信号の反転信号(図3(5))が一
発出力し、クリア信号の反転信号が立上げられた後、図
3(6)の信号が立上がる。
の図1に示すロ−タ20が一回転すると回転検出部23
でロ−タ20が一回転したことを検出し、図3(4)の
インデックス信号が転流(相)切換えコントロ−ル部3
0の一の入力端子に入力する。また起動制御部31はあ
らかじめ設定された一定時間DCブラシレスモ−タ10
を起動させるための制御を行なう。かかる起動制御部3
1としては例えばタイマによる起動時間の設定などであ
る。起動制御部31の出力は転流(相)切換えコントロ
−ル部30の入力端子に入力される。
起動時には一定パタ−ンの相切換タイミングによる同期
モ−タ制御が行なわれる。DCブラシレスモ−タ10の
図1に示すFGパタ−ン11Aを検出するFGセンサ1
9の出力はFGアンプ32で増幅され、転流(相)切換
コントロ−ル部30に入力する。
のクロック信号とFGアンプ32のFG出力に基づいて
位相の比較が行なわれ、また速度比較部35では基準発
振器33のクロック信号とFGアンプ32のFG出力に
基づいて速度の比較が行なわれる。加算器36では位相
比較器34の出力と速度比較器35の誤差出力を加算す
る。そして、PI補償器37では加算器36の出力に基
づいて比例積分補償が行なわれる。定電流回路38では
補償器37の補償出力に応答して定電流をモ−タドライ
バ39に供給してモ−タドライバ39を動作させる。
0では、FGセンサ19の出力、回転位置検出部23及
びあらかじめ設定した一定時間経過後起動制御部31の
出力に基づいて転流(相)切換タイミング信号を生成す
る。すなわち、フィ−ルドマグネット11の着磁ピッチ
とFG着磁パターンの着磁位置を前記1)式のように位
置同期させることにより、FGの着磁ピッチから120
°位相のずれたタイミングをつくることができ、これと
ロ−タの回転検出部23のインデックス信号に基づいて
転流(相)切換タイミングが確定する。
0°づづずらして図3(6)乃至図3(8)に示すよう
にU相、V相、W相の切換えを行い、モ−タドライバ3
9を動作させDCブラシレスモ−タ10を駆動させるこ
とができる。なお、フィ−ルドマグネット11着磁ピッ
チとFG着磁パターン11Aの着磁位置合わせの精度
は、基本的にゼロにすることが望ましいが、少なくとも
着磁精度等を考慮してFG着磁ピッチの±0.5未満よ
り小さくなるようにすることが必要である。また、フィ
−ルドマグネット11、FG着磁パターン11Aの着磁
位置及びインデックス信号との位置合わせ精度は、FG
着磁パターン11Aピッチより小さくなるようにするこ
とが必要である。
ではホ−ルセンサを用いないため、ハウジング15にホ
−ルセンサを取り付ける際の位置決め精度を確保する必
要がなくなるため、製造コストを削減することができ、
かつ短時間にモ−タを起動させることができるので、低
速回転のモ−タにおいても好適な回転精度を得ることが
可能となる。
の形態を示す制御回路を図4に示す。図2に示す制御回
路と同一の構成については同一の符号を付し、ここでは
詳しい説明を省略する。図4の制御回路が図2の制御回
路と異なるのは、図2の起動制御部31が一定時間経過
後に制御するのに対して、図4の起動制御部41はFG
アンプ32のFG出力と回転検出部23のインデックス
出力に基づいて起動制御部41でDCブラシレスモ−タ
10の起動を行なうタイミングを制御する点である。し
たがって、前記起動制御部41ではモ−タの一回転の検
出が可能となり、またモ−タ速度がほぼ起動速度になっ
た後に転流切換タイミング信号を生成することも可能で
ある。
の形態を示す制御回路の一部を図5に示す。図5の説明
においては図2の構成と同一のものについては同一の符
号を付して説明する。図5はかかる制御回路を示すブロ
ック図である。このブロック図においては、FGセンサ
19において検出した速度検出信号を計数する第1のカ
ウンタ42と、前記速度検出信号とインデックス信号に
基づいて第1のカウンタをリセットさせるクリア信号発
生器43と、起動速度制御用の発振器331から出力す
るクロック信号を計数する第2のカウンタ44によりセ
レクタ45の入力信号が生成される。
2、44の出力を選択出力し、タイミング発生器46を
動作させて転流(相)切換えが行なわれる。またモ−タ
の起動時には発振器331、第2のカウンタ44を選択
することにより一定パタ−ン化した相切換タイミング信
号を作成し、モ−タを同期回転させることができる。一
定時間経過後又はモ−タの回転が起動速度になった後に
セレクタを第1カウンタ42に切り換えてINDEX、
FGにより相切換タイミングを生成する。これにより、
第1及び第2のカウンタを適時選択し、短時間に起動時
における転流切換タイミングを生成してモ−タを駆動さ
せることも可能になる。
5に示す如く起動速度制御用の発振器331の出力であ
るクロック信号を第2のカウンタ44に直接入力してい
るが、これは例えば基準発振器33の出力を分周し、そ
の分周されたクロック周波数を第2のカウンタ44に入
力しても良い。さらに、第1および第2の実施の形態に
おける転流(相)切換コントロ−ル部はこれに限定され
ず、たとえば切換え制御を行なうソフトウェア(プログ
ラム)によって転流切換えを行なうものや例示したもの
以外のハ−ドウェア構成により転流切換え制御を行なう
ものであってもよい。たとえば、ソフトウェアによる場
合にはROM、RAMなどのメモリや駆動制御を行なう
ためCPUが必要となることは言うまでもない。
ンサの数を減らすことによりセンサの部品点数およびセ
ンサの組付け時に精度合わせなどに要する時間、労力を
削減することにより、製造コストなどのコストを軽減す
ることができると共に、モ−タの起動を短時間に行なう
ことができ、結果として低速回転のモ−タにおいても高
精度の回転精度がとれるという実用上の効果が得られる
などの種々の効果を得ることができる。
の構成を示す断面図である。
例を示すブロック図である。
示す動作説明図である。
−タの駆動回路の例を示すブロック図である。
−タの駆動回路の例を示すブロック図である。
シモ−タの構造例を示す断面図である。
例を示すブロック図である。
回路の例を示すブロック図である。
G着磁パターンを形成してなるロータの概略図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ロータのフィールドマグネットにFG着
磁パターンを形成してなるDCブラシレスモータにおい
て、 フィールドマグネット着磁ピッチに位置同期してFG着
磁パターンを形成し、前記DCブラシレスモータの一回
転に一回の位置を検知するインデックス信号とFG着磁
を検知するFGセンサとにより相切換タイミングを生成
し、該相切換タイミングにより前記DCブラシレスモー
タの回転制御する事を特徴とするDCブラシレスモ−タ
の制御装置。 - 【請求項2】 前記フィールドマグネットの着磁ピッチ
内のFG着磁数fとして f=2mn (1)式 m:DCブラシレスモータの相数 n:正の整数 n=1、2、… を満足する構成とし、前記DCブラシレスモータの一回
転に一回の位置を検知するインデックス信号を前記DC
ブラシレスモータの回転方向に対してフィールドマグネ
ット磁極変化点より手前に配置する事を特徴とする請求
項1記載のDCブラシレスモータの制御装置。 - 【請求項3】 前記相切換タイミングは一定時間の経過
後に起動する起動制御部からの起動制御信号により生成
することを特徴とする請求項1又は2記載のDCブラシ
レスモ−タの制御装置。 - 【請求項4】 前記相切換タイミングは、前記インデッ
クス信号と前記FG着磁を検知するFGセンサーからの
速度信号に基づいて起動制御信号を生成することを特徴
とする請求項1又は2記載のDCブラシレスモ−タの制
御装置。 - 【請求項5】 前記FG着磁を検知するFGセンサー出
力を計数する第1のカウンタと、前記速度検出信号と前
記インデックス信号に基づいて前記第1のカウンタをリ
セットさせるクリア信号発生器と、起動速度を制御する
ための発振器から出力するクロック信号を計数する第2
のカウンタと、前記第1および第2のカウンタの出力を
セレクターにより選択し、該選択されたカウンターの出
力により相切換タイミングを発生させるタイミング発生
器とを具備することを特徴とする請求項1及至請求項4
記載のDCブラシレスモ−タの制御装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP35260795A JP3294094B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Dcブラシレスモ−タの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP35260795A JP3294094B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Dcブラシレスモ−タの制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09191682A JPH09191682A (ja) | 1997-07-22 |
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JP35260795A Expired - Fee Related JP3294094B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Dcブラシレスモ−タの制御装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3191935A4 (en) * | 2014-09-10 | 2018-06-20 | Sound Devices, LLC | Non-contact rotary fader |
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1995
- 1995-12-28 JP JP35260795A patent/JP3294094B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP3191935A4 (en) * | 2014-09-10 | 2018-06-20 | Sound Devices, LLC | Non-contact rotary fader |
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JPH09191682A (ja) | 1997-07-22 |
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