JPH09168293A - 6ステップモータ駆動器用再生電流スパイクリミッタ - Google Patents

6ステップモータ駆動器用再生電流スパイクリミッタ

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JPH09168293A
JPH09168293A JP8246643A JP24664396A JPH09168293A JP H09168293 A JPH09168293 A JP H09168293A JP 8246643 A JP8246643 A JP 8246643A JP 24664396 A JP24664396 A JP 24664396A JP H09168293 A JPH09168293 A JP H09168293A
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JP
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motor
switch
switches
signal
speed
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JP8246643A
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ジェイ.アンダーヒル マーク
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28Arrangements for controlling current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34Modelling or simulation for control purposes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 DCブラシレスモータ用スイッチング制御器
(21)で過度の電流スパイクを防止し、スイッチを構
成する種々のソリッドステート回路要素を保護する。 【解決手段】 「助成」負荷の場合にモータの再生動作
を感知する手段(50)と、モータ速度を感知する手段
と、第2のスイッチの1つが閉ざされかつ第2のスイッ
チの他の1つが開かれる時点(ts )に続く所定の遅延
(td )の後の所定の時間(tp )の間、第1のスイッ
チの導通しているものを一時的に開く手段(55)とを
含んでいる電流スパイクリミッタ(49)を与え、この
ような一時的なスイッチの開成の持続時間および上記所
定の遅延の長さは、導通している第1のスイッチの過度
の電流スパイクが減少されるように、感知される再生動
作および上記モータ速度の関数として制御されるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、DC
ブラシレスモータ用駆動器に関し、より詳細には、「助
成」すなわち再生負荷の間に生じかつソリッドステート
スイッチング要素を損傷してしまう可能性がある電流ス
パイクを制限することができるDCブラシレスモータ用
の改良した6ステップモータ駆動器に関する。
【0002】
【従来の技術】ブラシレスDCモータは、典型的には、
永久磁石の回転子と、この回転子を駆動する回転磁界を
作るため直列接続の対で逐次的に付勢される3つのY接
続界磁コイルとを有している。コイルの転流は、通常、
三対のソリッドステートスイッチによって行われる。こ
れらのスイッチは各コイルの端子を必要に応じて電源供
給母線あるいは接地のいずれかに接続する。最も単純な
制御形態(すなわち、6ステップ、台形制御)にあっ
て、これらスイッチは、回転子の角度位置の関数として
操作されて、界磁コイルを電源と接地との間で種々の直
列接続の組み合せで逐次的に接続する。モータのコイル
に供給される電流はモータのトルクを生じさせる。これ
らの電流は、接地への共通戻り路中の電流感知抵抗の間
に生じる電圧降下をフィードバックする状態で、種々の
スイッチをパルス幅変調することによって制御される。
モータ電流の最大値は、通常、電流感知電圧が予め設定
された量を越えると導通状態のスイッチを開く制限回路
によって決定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電流供
給源を過度の電流スパイクに対して制御するために使用
される種々のソリッドステートスイッチング素子を保護
することが必要であると考えられる。これらの電流スパ
イクは「助成」(すなわち、再生)負荷の場合に生じて
しまう。
【0004】従って、一般的には、好ましくない電流ス
パイクを制限するためにも働く、上記のようなDCブラ
シレスモータ用の改良したスイッチング制御器を与える
ことが所望されることになる。
【0005】
【課題を解決するための手段】限定するためではなく、
単に図示の目的のため、開示された実施例の対応する部
品、部分あるいは表面を説明上で参照すれば、本発明
は、広く言って、Y接続された界磁コイル(A、B、
C)を有しかつ3つの電気的に制御可能な第1のスイッ
チ(AU 、BU 、CU )と3つの電気的に制御可能な第
2のスイッチ(AL、BL 、CL )とを有するDCブラ
シレスモータ用のスイッチング制御器21で使用するた
めの改良した電流スパイクリミッタ49を与える。各第
1のスイッチは正の電源電圧22と界磁コイル(A、
B、C)のそれぞれの1つの一端子26、28、29と
の間にそれぞれ接続される。各第2のスイッチは負の供
給電圧すなわち接地23と界磁コイルのそれぞれの1つ
の一端子26、28、29との間に接続される。これら
スイッチはモータを駆動するように6ステップの態様で
逐次的に操作される。
【0006】改良点は改善された電流スパイクリミッタ
49を与え、これは、広く言って、「助成」負荷の場合
にモータの再生動作を感知する手段50と、モータ速度
を感知する手段と、第2のスイッチの1つが閉ざされか
つ第2のスイッチの他の1つが開かれる時点(ts )に
続く所定の遅延(td )の後の所定の時間(tp )の
間、第1のスイッチの導通しているものを一時的に開く
手段55とを含んでいる。このような一時的なスイッチ
の開成の持続時間および上記所定の遅延の長さは、導通
している第1のスイッチの過度の電流スパイクが減少さ
れるように感知される再生動作のおよび上記モータ速度
の関数として制御される。
【0007】好適な形態において、モータの再生動作を
感知する手段50は、モータ電流フィードバック信号に
対するモータ速度指令信号の極性を感知する電圧比較器
を含んでいる。モータ速度を感知する手段は、単純に、
モータ速度に比例する信号を発生するように配置された
タコメータであってもよい。別形態として、モータ速度
を感知するこの手段は、モータ速度に比例する信号を発
生するように角度位置センサからの出力信号を微分する
手段を含んでもよい。第1のスイッチの導通しているも
のを一時的に開成する手段55、56は、トリガー信号
の受信に引続く時間遅延の後に出力電圧パルスを発生す
ることができる可調電子的パルス発生器を含んでもよ
く、パルス(tp )の持続時間および時間遅延(td
のそれぞれはモータ速度の関数であり、また、モータの
再生動作を指示する第1の信号を、モータ速度が所定の
スレッショルドを越えることを指示する第2の信号とを
組み合せて受けると、トリガー信号を通過させるように
作動的に配置されたANDゲートをも含んでもよく、こ
のトリガー信号は、第2のスイッチのうちの1つが開成
され、かつ、これら第2のスイッチの他のものが閉成さ
れる時点で発生される。
【0008】従って、本発明は6ステップDCブラシレ
スモータの動作用の改良した駆動回路を与える。
【0009】他の目的は、ソリッドステート構成部分の
あるものの損傷の可能性を生じさせる恐れがある過度
の、好ましくない電流スパイクを防止するための手段を
含んだ、DCブラシレスモータ用の改良したスイッチン
グ制御器を与えることである。これらおよび他の目的お
よび長所は、前のおよび後の明細書の記載、図面および
特許請求の範囲から明白となるであろう。
【0010】
【発明の実施の形態】最初に、同様な参照番号は幾つか
の図面にわたって同一の構造的要素、部分あるいは表面
を一貫して表すように意図されている点を明確に理解さ
れるべきである(このような要素、部分あるいは表面は
本明細書のこの詳細な記載によって一層記載あるいは説
明される場合があるが)。また、他に特記なき場合は、
図面は明細書と共に理解されるべきであり(例えば、ク
ロスハッチング、部品の配置、比例関係、角度関係等に
関して)、本発明の全体の記載の一部として考慮される
べきである。以下の記載において使用されるような用語
「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」および
「下」は、その形容詞的および副詞的派生語(例えば、
水平的に、右方に、上方に等)と共に、読者が特定の図
面と対面した際に図示された構造の向きを単純に言及す
るものとする。同様に、用語「内向きに」および「外向
きに」とは、一般的に、表面の向きを、その長さの軸線
あるいは回転軸線に関して適宜表現するものとする。
【0011】ここで、図面、特にその図1を参照する
と、一般的に20で表された従来技術のDCブラシレス
モータ制御器が示され、これは、大まかに言って、正の
電圧源22(+Vbus で示される)と負の電圧源すなわ
ち接地23との間で作動的に配置された、一般的に21
で示されたスイッチング回路すなわち制御器を含んでい
る。このスイッチング回路は、一般的に24で示された
ブラシレスDCモータのY接続コイルに関連して示され
る。これらのコイルは、それぞれA、BおよびCとして
個々に示されている。各コイルは2つの端子を有するも
のとして示されている。最も内側の端子は共通の接続点
25に接続される。コイルA、BおよびCの最も外側の
端子は、それぞれ26、28および29で示される。D
Cブラシレスモータは、また明瞭化のため図面で省略さ
れている回転子を含んでいる。
【0012】スイッチング制御器21は、全体で6個の
電気的に制御可能なスイッチを有するものとして示さ
れ、各スイッチには方向性ダイオード30が接続されて
いる。便宜上、これらスイッチは、それぞれ3つの水平
的に隔てられたスイッチの上方および下方の列に配置さ
れている。各列の個々のスイッチは、それぞれA、Bお
よびCで示され、添字UあるいはLは特定のスイッチ
が、それぞれ上方あるいは下方の列にあるかどうかを指
示する。実際には、これらスイッチのそれぞれはトラン
ジスタスイッチあるいは等価なソリッドステート装置で
あってもよい。各スイッチは、正の電圧源22に接続さ
れた共通母線31に接続した1つの端子を有している。
スイッチAU の他の端子は、線32を介してコイルAの
端子26に接続され、スイッチBU の他の端子は、線3
3を介してコイルBの端子28に接続され、スイッチC
U の他の端子は、線34によってコイルCの端子29に
接続される。下方のスイッチAL は、線32に接続した
1つの端子を有し、かつ共通母線35に接続した他の端
子を有している。スイッチBL は、線33に接続した1
つの端子を有し、かつ共通母線35に接続した他の端子
を有している。スイッチCL は、線34に接続した1つ
の端子を有し、かつ共通母線35に接続した他の端子を
有している。下方のスイッチのダイオード30のそれぞ
れは、それぞれ線32、33、34に共通の端子と共通
接地線36との間に接続されている。電流感知抵抗38
は、線35および36との間に作動的に配置されてい
る。
【0013】上述したように、図1に示された特定の回
路は従来技術で公知である。回転子(図示せず)を駆動
するための回転磁界を作るためにスイッチがモータコイ
ルの種々の直列接続の対を逐次的に付勢するように作動
される。6ステップ動作モードが図2に図式的に示され
る。ステップ1で、電流iABがコイルAおよびBを通っ
て流れ、ステップ2では、電流iACがコイルAおよびC
を通って流れ、ステップ3では、電流iBCがコイルBお
よびCを通って流れ、ステップ4では、電流i BAがコイ
ルBおよびAを通って流れ、ステップ5では、電流iCA
がコイルCおよびAを通って流れ、最後に、ステップ6
で、電流iCBがコイルCおよびBを通って流れる。
【0014】図1に示された従来技術の制御器において
は、スイッチング動作は、典型的には、回転子の角度位
置の関数として行われる。換言すれば、回転子の角度位
置を決定するためにレゾルバあるいは等価なものが使用
され、その角度位置は次いで制御器に供給され、図2で
図式的に示された6ステップの駆動を行わせるために必
要なシーケンスで種々のスイッチを作動させる。
【0015】図3は、丁度転流前の、図1に示された従
来技術の制御器の状態を示し、そこで太くされた線は電
流の流れの路を表す。この構成で、スイッチAU および
Lは他のスイッチが開の間で閉にされている。従っ
て、電流は電圧源22から閉じたスイッチAU 、線3
2、コイルAおよびB(すなわち、図2でのステップ
1)、閉じたスイッチBL および抵抗38を介して接地
に流れる。この場合に、モータは、モータ逆EMFの結
果として、それぞれコイルAおよびBと直列に電池3
9、40を持っているものとして図式的に表される。こ
の電流は、前の導通およびコイルのインダクタンスの結
果として存在する。重要な相違は、「助成」負荷動作時
に、逆EMFの極性が反転されるということにある。
【0016】図4は転流点直後の従来技術の制御器の状
態を示す。ここでの相違は、コイルAおよびBの電流を
通常減少するように働く逆EMF電圧が転流後のこの電
流の継続に寄与することである。換言すれば、図4は、
スイッチAU が閉ざされたままであるが、スイッチBL
が開かれかつスイッチCL が閉ざされた時の転流点(t
s )の直後の回路の状態を示す。この場合に、電流は電
圧源22から閉じたスイッチAU 、線32、コイルAお
よびC、閉じたスイッチCL 、線35およびフィードバ
ック抵抗38を介して接地に流れることができる。同時
に、前の付勢のためにコイルAおよびBを流れる潰れた
電流iABは、線33、スイッチBU に関連したダイオー
ドを介して母線31に入るように流れる可能性がある。
この電流は、スイッチAU を通って流れる電流に加わ
り、ソリッドステートスイッチング要素を損傷してしま
う恐れがある好ましくない電流スパイクを生じさせてし
まう。
【0017】図5は改良した装置の種々の素子を表すブ
ロック図である。モータコイルは、AU 、BU 、CU
よびAL 、BL 、CL で再度示された6つのスイッチを
介してそれぞれスイッチ制御器41、42、43および
44、45、46に接続されたものとして示されてい
る。これらスイッチ制御器のそれぞれは、48で示され
たスイッチング論理回路によって操作される。本発明
は、点線49内で一般的に表された改良した電流スパイ
クリミッタを与える。この電流スパイクリミッタは再生
極性比較器50を含んでおり、それには感知された速度
信号と、加算点53からの速度誤差信号出力が供給され
る。位置変換器51は回転子の角度位置を感知し、ブロ
ック52で示された速度信号として、その導関数(すな
わち、ω=dθ/dt)を加算点53に負フィードバッ
ク信号として供給する。モータ速度指令信号は加算点5
3に正入力として供給される。加算点53は、これら指
令およびフィードバック信号を代数的に加算し、誤差信
号をパルス幅変調器54に与え、このパルス幅変調器
は、次いで、出力信号をスイッチング論理回路48に供
給する。速度信号は、また、再生極性比較器50および
「速度スレッショルド」と表記されたブロック58にも
供給される。従って、比較器50は速度誤差および速度
フィードバック信号の極性を比較し、その出力をAND
ゲート55に供給する。「速度スレッショルド」装置
は、回転子の実際のフィードバック速度と最小スレッシ
ョルドとを比較する。実際の速度がスレッショルド速度
を越えた場合のみ、装置58は出力信号をANDゲート
55に供給する。ANDゲート55はスイッチング論理
回路48から、スイッチ転移パルスを表す他の入力信号
を受ける。ANDゲート55はその出力信号を可調パル
ス発生器56に与え、この可調パルス発生器は回転子の
フィードバック速度信号をも受ける。パルス発生器56
は、パルスの開始(ts )に引続く所定の時間期間(t
d )の後の所定の時間期間(tp )の間、上方の列の1
つのスイッチを一時的に開く指令を表す適切な信号をス
イッチング論理回路48に与える。ここで、tp および
d はモータ速度ωの関数である。
【0018】図6はモータ電流対時間のプロットであ
り、それぞれP1 およびP2 で別々に示された2つの逐
次的なパルスを概略的に示す。パルスP1 は、図3に示
された従来技術の制御器に帰属するパルスを表す。パル
スP2 は、新規な制御器の動作を表す。従来の6ステッ
プ台形制御を想定すれば、パルスP1 は、転流の直後の
前に付勢されたコイルの潰れた電流のため電流制限を越
えたピークを有するものとして示されている。このピー
クを除去するため、本発明は、過電流スパイクが開始し
ようとする点で導通している上方のスイッチング素子を
開く改良した電流スパイク除去装置を与える。これは、
モータ速度(ω)の関数である下方のスイッチ素子のス
イッチング点(ts )の後の所定時間(td )であり、
それをスパイクの所定の時間期間(tp )の間、開状態
に保持する。従って、図6において、改良された回路
は、パルスts の開始に引続く特定の時間期間td の後
に生じる時間期間tp の間、上方のスイッチを開くこと
によって電流が電流制限を越えないように機能する。電
流スパイクは防止され、電流はその正の制限を越えない
ため、スイッチング回路の種々のソリッドステート要素
は保護される。
【0019】この改良した装置の動作は図7に示され
る。ここで、スイッチAU は時間期間tp の間、開かれ
るものとして示されている。従って、前に付勢されたコ
イルAおよびBの潰れた電流iABはスイッチBU および
L に関連したダイオートを介して電圧源に流れてしま
う。同時に、コイルAおよびCを通って流れる電流は、
線34、閉じたスイッチCL 、抵抗38を介して接地に
流れることができる。電流iACの大きさは下方のスイッ
チCL を選択的に開閉することによって変調される。
【0020】従って、本発明はモータの再生動作を感知
し、モータ速度を感知しかつ第2のスイッチの1つがオ
フに第2のスイッチの他のものがオンにされる時の時点
(t s )に引続く所定の遅延(td )の後の所定の時間
(tp )の間、上方のスイッチの導通しているものを一
時的に開くように動作する。時間tp およびtd は感知
された再生動作および回転子速度の関数として制御され
る。従って、改良した本発明は、6ステップモータ駆動
器における電流スパイクの生起を防止するように働く。
このようなスパイクを除去することによって、改良され
た回路は、スイッチング装置およびモータ制御器の種々
のソリッドステート要素を保護するように働く。
【0021】本発明は多くの変化および変更をなし得る
ことを意図している。例えば、速度フィードバック信号
は速度センサによって与えられてもよく、あるいは好適
実施例に示されるように、回転子の位置を感知しその位
置を微分して速度(すなわち、e=dω/dt)を得る
ことによって与えられてもよく、種々の形式の比較器お
よびANDゲートが用いられてもよい。スイッチはトラ
ンジスタであってもよいが、その代わりに他の形式のス
イッチを置換可能である。
【0022】従って、現在好ましい形態の本発明装置が
図示されかつ記載され、その幾つかの変更が述べられた
が、当業者は発明の精神から離れることなく、特許請求
の範囲で規定されるように種々の付加的な変化および変
更を行うことができることを容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】DCブラシレスモータの3つのY接続界磁コイ
ルに関連して従来技術のスイッチング制御器を示す図式
図であり、6つのスイッチの全てが開かれたものとして
示される。
【図2】モータを駆動するための回転磁界を与えるよう
に種々の対の直列接続されたコイルの逐次的動作のステ
ップを示す図式図である。
【図3】図1に示された従来技術の制御器の図である
が、スイッチAU およびBL が閉じた時の電流路を示
し、これは転流点の生起の直前である。
【図4】図1に示された従来技術の制御器の図である
が、スイッチBL が開かれかつスイッチCL が閉ざされ
た直後の電流路を示す。
【図5】改良した制御器を作動するための閉サーボルー
プを示すブロック図であり、この図は電流スパイクリミ
ッタをも示す。
【図6】モータ電流(縦軸)対時間(横軸)の代表的な
プロットであり、2つの逐次的な波形を比較的に示し、
第1の波形は図3の示された状況によって作られる好ま
しくない電流スパイクを示し、第2の波形は本発明の動
作のためにこのようなスパイクが防止されたことを示
す。
【図7】スイッチBU およびCL が閉じた状態を示し、
かつコイル26および25の潰れた電流がスイッチCL
によって変調されることを示す改良した動作の図式図で
ある。
【符号の説明】
49 電流スパイクリミッタ 50 再生極性比較器 55 ANDゲート 56 可調パルス発生器 58 速度スレッショルド装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Y接続の界磁コイルを有し、かつ3つの
    電気的に制御可能な第1のスイッチと、3つの電気的に
    制御可能な第2のスイッチとを有するDCブラシレスモ
    ータ用スイッチング制御器であって、各第1のスイッチ
    は、正の供給電圧と上記界磁コイルのそれぞれの1つの
    一端子との間に接続され、各第2のスイッチは、負の供
    給電圧と上記界磁コイルのそれぞれの1つの他の端子と
    の間に接続され、上記スイッチは、上記モータを駆動す
    るため6ステップモードで逐次的に作動されるようなD
    Cブラシレスモータ用スイッチング制御器において、 上記モータの再生動作を感知する手段と、 モータ速度を感知する手段と、 上記第2のスイッチの1つが閉ざされかつ上記第2のス
    イッチの他のものが開かれる時点に引続く所定の遅延の
    後の所定の時間の間上記第1のスイッチの導通している
    ものを一時的に開く手段と、を備えており、上記のよう
    にして一時的に開く期間および上記所定の遅延の長さは
    上記感知された再生動作および上記モータ速度の関数と
    して制御され、それによって上記導通している第1のス
    イッチの過度の電流スパイクが除去されるようになるこ
    とを特徴とするDCブラシレスモータ用スイッチング制
    御器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のDCブラシレスモータ用
    スイッチング制御器において、上記モータの上記再生動
    作を感知する上記手段は、モータ速度指令信号の極性と
    モータ速度誤差信号の極性とを比較する電圧比較器を含
    んだことを特徴とするDCブラシレスモータ用スイッチ
    ング制御器。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のDCブラシレスモータ用
    スイッチング制御器において、上記モータ速度を感知す
    る上記手段は、モータ速度に比例する信号を発生するタ
    コメータを含んだことを特徴とするDCブラシレスモー
    タ用スイッチング制御器。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のDCブラシレスモータ用
    スイッチング制御器において、上記モータ速度を感知す
    る上記手段は、モータ速度に比例する信号を発生するよ
    うにモータ角度偏位センサからの出力信号を微分する手
    段を含んだことを特徴とするDCブラシレスモータ用ス
    イッチング制御器。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のDCブラシレスモータ用
    スイッチング制御器において、上記第1のスイッチの導
    通しているものを一時的に開く上記手段は、トリガー信
    号の受信に引続く時間遅延の後に出力電圧パルスを発生
    することができる可調電子的パルス発生回路を含んでお
    り、上記パルスの持続時間および上記時間遅延のそれぞ
    れはモータ速度に比例する信号の関数であり、ANDゲ
    ートが設けられており、これがモータの再生動作を指示
    する第1の信号を、所定のスレッショルドをモータ速度
    が越えたことを指示する第2の信号と組み合せて受けた
    時にトリガー信号を通過させるように上記ANDゲート
    が作動的に配置され、上記トリガー信号は上記第2のス
    イッチの1つが開かれかつ上記第2のスイッチの他のも
    のが閉じられる時に発生されるようにされたことを特徴
    とするDCブラシレスモータ用スイッチング制御器。
JP8246643A 1995-09-19 1996-09-18 6ステップモータ駆動器用再生電流スパイクリミッタ Pending JPH09168293A (ja)

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US531172 1990-05-31
US08/531,172 US5602452A (en) 1995-09-19 1995-09-19 Regeneration current-spike limiter for six-step motor drives

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JPH09168293A true JPH09168293A (ja) 1997-06-24

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