JPH10271887A - モータ駆動回路用可変負荷インダクタンス補償装置及び方法 - Google Patents

モータ駆動回路用可変負荷インダクタンス補償装置及び方法

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JPH10271887A
JPH10271887A JP10056984A JP5698498A JPH10271887A JP H10271887 A JPH10271887 A JP H10271887A JP 10056984 A JP10056984 A JP 10056984A JP 5698498 A JP5698498 A JP 5698498A JP H10271887 A JPH10271887 A JP H10271887A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】可変リラクタンスモータを負荷領域が単一なサ
ーボアンプで制御すると、ステップ電圧を印加した際に
モータコイル電流の立ち上がり時間が長くなったり振動
が発生して、モータの性能を低下させることがあった。 【解決手段】本発明のモータ駆動回路用可変負荷インダ
クタンス補償装置は、リラクタンス切り換え式モータ等
のインダクタンス可変モータに応答するインダクタンス
補償回路4を有するアンプを具備してなる。インダクタ
ンス補償回路4は2つ以上のインダクタンス補償値と、
モータ3のインダクタンスの変化に応答してモータ3を
駆動させるために、少なくとも第1及び第2のインダク
タンス補償を提供するインダクタンス補償回路4に前記
複数のインダクタンス補償値の少なくとも1つのインダ
クタンス補償値を交互に接続したり、接続を解除する切
換手段とを具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御回路に
関し、特に、モータ駆動回路の動的インダクタンス補償
装置のための改良されたモータ制御回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、市場にて入手可能なサーボアンプ
は、負荷インダクタンスが一定領域内でなければ適正に
作動しない。負荷インダクタンスの領域を変更するに
は、通常、1又は複数のインダクタンス補償値、例えば
1又は複数のコンデンサ及び/又は抵抗を手動で取り替
える。サーボアンプは、所定のインダクタンス補償値を
予め定めておけば、所定時間であれば一定のインダクタ
ンス領域外でも作動させることができる。上述の構成の
ものであれば、負荷インダクタンス領域が限定された、
もしくは一定のモータにおいては正常に作動する。例え
ば、上述の構成のものは、コアの磁気飽和以下の領域内
等の磁石の線形特性領域内において作動する永久磁石サ
ーボモータにおいては、正常に作動する。しかしなが
ら、コアが磁気飽和内の領域や不飽和内の領域で作動す
るモータや、リラクタンス切り換え式モータ等のように
インダクタンスが広範囲にわたって可変するモータにお
いては問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図5および図6に示す
ように、市場にて入手可能な負荷領域が単一なサーボア
ンプのステップ応答は、可変リラクタンスモータに利用
した場合、満足のいくものではない。特に、図5はサー
ボアンプ(マサチューセッツ州、ウエストウッドの、コ
プレイ・コントロールズ・コーポレーションの直流ブラ
シサボアンプ型式432)のステップ応答を示すが、こ
のサーボアンプは200KΩのインダクタンス補償抵抗
を具備してなり、リラクタンス切り換え式モータで作動
させた状態を示している。200KΩのインダクタンス
補償抵抗は、不飽和インダクタンス状態にてモータを作
動させるには適しているが、飽和点を越える電流値では
低インダクタンスは適正に補償されない。このような構
成のものであれば、図5に示すように、アンプ入力10
0のステップ電圧を入力すれば、モータコイル電流11
0のステップ電圧は振動することになる。
【0004】同様に、図6は、インダクタンス補償抵
抗、例えば、飽和インダクタンスで作動させるために選
んだ18KΩの抵抗のアンプのステップ応答を示す。1
8KΩのインダクタンス補償抵抗は上述したような振動
を排除できるが、モータコイル電流102の立ち上がり
時間が長くなる。例えば、18KΩのインダクタンス補
償抵抗を具備してなるサーボアンプの立ち上がり時間
は、200KΩのインダクタンス補償抵抗を具備してな
るアンプの立ち上がり時間の約2倍である。インダクタ
ンス補償要素の値を小さくすることによって振動を防ぐ
ことはできるが、立ち上がり時間が長くなると、既定の
モータトルクのためのモータの最高速度は、立ち上がり
時間の増加に比例する要因により減少するので、モータ
の性能も落ちる。したがって、市場にて入手可能なサー
ボアンプの従来の構成では、インダクタンス補償は不十
分である。
【0005】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、可変イ
ンダクタンスを有するモータの性能を向上させるサーボ
アンプを構成する装置及びそのサーボアンプを作動させ
る方法を提供することである。本発明は、第1および第
2インダクタンス値を有する負荷(リラクタンス切り換
え式モータ等)を具備してなる。前記サーボアンプはこ
の負荷に結合して、この負荷を駆動する。前記サーボア
ンプは、負荷のインダクタンス値の変化に応じて、前記
サーボアンプの駆動特性を変化させるインダクタンス補
償回路を具備してなる。前記インダクタンス補償回路は
モータコイルの電流をモニタすることによってアンプの
駆動特性を変えるものであってもよい。
【0007】本発明は、モータのインダクタンスの変化
に応答して、モータに接続したアンプ回路の駆動特性を
変化させてモータを制御する方法を具備してなる。さら
に、本発明は、モータのインダクタンスの変化に応答し
てリラクタンス切り換え式モータを駆動するために、フ
ィードバック制御システムにおいてアンプの第1増幅率
と第2増幅率とに交互に切り換える方法を具備してな
る。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、このような目的を達成
するために、次のような手段を講じたものである。本発
明の実施態様として、コアとこのコアの周囲に配置した
コイルとを具備してなるモータを挙げることができる。
前記モータは、コアが飽和状態では第1インダクタンス
値で作動し、コアが不飽和状態では第2インダクタンス
値で作動するものである。アンプは前記モータに接続し
てある。前記アンプは、モータに駆動電流を供給する手
段と、コアのコイルのインダクタンスの変化をモニタす
る手段とを具備してなる。インダクタンス補償回路はサ
ーボアンプに接続してあり、可変インダクタンス補償を
提供する。前記インダクタンス補償回路は、第1及び第
2インダクタンス値で切り換わるモータに応答してそれ
ぞれ第1及び第2補償値に切り換わる切換手段を具備し
てなる。
【0009】他の態様としては、本発明は、サーボアン
プを有するモータ制御回路とインダクタンス補償回路と
を具備してなるものを挙げることができる。前記サーボ
アンプはインダクタンス補償回路に接続したインダクタ
ンス補償制御入力を有する。前記インダクタンス補償回
路は少なくとも第1インダクタンス補償要素とこの第1
インダクタンス補償要素とインダクタンス補償入力との
接続、接続解除を交互に行う切換手段とを具備してな
る。
【0010】さらに他の態様としては、本発明は、イン
ダクタンス補償入力を有するサーボアンプでリラクタン
ス切り換え式モータを駆動する方法を挙げることができ
る。前記方法として、モータのインダクタンスの変化に
応答して周期的にインダクタンス補償入力に入力したイ
ンダクタンス補償値を変化させる方法を挙げることがで
きる。
【0011】課題を解決するための手段に本発明の概要
を記述してあるが、本発明はここに記載、表示する要
素、機能および方法のあらゆる組み合わせ、また従属的
に組み合わせたものをも包含するものである。したがっ
て、本発明を定義するにあたっては、この明細書に記載
してある特許請求の範囲に記述した要素を組み合わせた
すべてをさすものとする。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1に示すように、可変リラクタンスモータ制御
システム1は、インダクタンス補償回路4に接続され
る、例えばサーボアンプ/モータ駆動回路等のアンプ2
を具備している。アンプ2としては、コプレイ・コント
ロールズ・コーポレーションの型式432直流ブラシサ
ーボアンプがもっとも望ましい。アンプ2はモータ3に
接続する。モータ3は様々な態様のものであってもよい
が、望ましい実施例としては、広範囲にわたって変化す
る位相インダクタンスで作動する適切な構成を有するも
のを挙げることができる。最適な実施形態としては、モ
ータ3はリラクタンス切り換え式モータを挙げることが
できる。
【0013】モータ3のリアクタンスの変化に応答して
アンプ2の応答特性を動的に変えるために、インダクタ
ンス補償回路4はアンプ2に接続してある。アンプ2は
様々な態様のものであってもよいが、もっとも望ましい
実施形態としてはアンプ2の出力電流に応答する電流モ
ニタ出力6を具備してなるものを挙げることができる。
さらに、アンプ2は、正の基準電圧V+と負の基準電圧
V−とを供給する。最も望ましい実施形態としては、正
の基準電圧V+がプラス約15Vに、負の基準電圧V−
がマイナス約15Vに設定してあるものを挙げることが
できる。アンプ2は、最も望ましくは、1又は複数のイ
ンダクタンス補償入力I1,I2を具備してなるものを
挙げることができる。最も望ましい実施形態において、
インダクタンス補償入力は、アンプ2及び/又は駆動出
力7を調整して、モータ3の複数のコアインダクタンス
を補償する。インダクタンス補償回路4は、アンプ2と
別々に示してあるが、アンプ2に組み込んでもよい。
【0014】望ましい一実施例においては、第1及び第
2比較器C1,C2を用いて、モータ3の作動状態が飽
和状態であるか不飽和状態であるかを識別する。例え
ば、図1に示すように、アンプ2の電流モニタ出力6
は、比較器C1の負の入力と比較器C2の正の入力に入
力する。抵抗R1,R2,R3からなる分圧器は、正の
基準電圧V+及び負の基準電圧V−間に接続され、比較
器C1,C2に一定の基準電圧を供給する。特に、抵抗
R2及び抵抗R3間の接続点N1は、比較器C2に負の
入力を供給し、抵抗R1及び抵抗R2間の接続点N2
は、比較器C1に正の入力を供給する。分圧器は、様々
な態様のものであってもよいが、最も望ましい実施例と
しては、接続点N2の電圧がプラス2V、接続点N1の
電圧がマイナス2Vに設定してあるものを挙げることが
できる。比較器C1,C2の出力はオープンコレクタ出
力であって、接続点N3に接続してあるのが望ましい。
接続点N3での出力は、負荷インダクタンス補償入力I
1,I2にてインピーダンス入力を制御しているアンプ
2に、スイッチ31を介してフィードバックされる。最
も望ましい実施例においては、スイッチ31は、負荷イ
ンダクタンス補償入力I1,I2にかかる抵抗を制御す
る。例えば、抵抗R4と抵抗R5とは、どちらか一方を
選択できるように、オプトカプラスイッチT1を介して
並列に接続しなければならない。典型的な実施例として
は、抵抗R4を200KΩ、抵抗R5を18KΩとす
る。したがって、負荷インダクタンス補償入力のインピ
ーダンスは、オプトカプラスイッチ(トランジスタ)T
1をオンオフ切り換えすることによって変化する。典型
例として抵抗を挙げているが、図示の抵抗ネットワーク
のかわりに、又はそれに加えて、コンデンサ及び/又は
抵抗ネットワークを用いても良い。さらに、インダクタ
ンスの回路は当該分野における当業者にとって周知の他
の変形したものであってもよい。この実施例において、
抵抗R4は、例えばコア飽和点より小さい低電流等の不
飽和位相インダクタンスにて作動するモータに最適イン
ダクタンス補償を提供し得るよう整合させてある。さら
に、抵抗R5は、コア飽和点より上の電流値の飽和位相
インダクタンス状態においてアンプ2が最適に作動する
ように整合させてある。
【0015】スイッチ31には、発光ダイオードを有す
るオプトカプラを用いているが、前記発光ダイオードの
電流制限抵抗として抵抗R6を用いるのが望ましい。次
に、本実施例の動作を示す。アンプ2は、モータ3に入
力される位相電流に比例する電流モニタ信号を出力して
モータ3を駆動する。図2に示すように、位相電流の大
きさが大きくなれば(図2の(a))、それに比例して
電流モニタ出力の電圧も高くなる(図2の(b))。位
相電流値が飽和点よりも高くなれば、比較器C1,C2
の出力電圧は、例えばマイナス15V等の負のバイアス
点まで落ちる。したがって、スイッチ31が作動して、
抵抗R5が抵抗R4に並列に接続される。その結果、負
荷インダクタンス補償抵抗は、ほぼ値の大きい順に減少
する。図2に、抵抗R4を200KΩ、抵抗R5を18
KΩに設定した一例を示す。コア飽和領域より低い電流
値では、スイッチ31は切られ、負荷インダクタンス補
償抵抗は抵抗R4により再び制御される。
【0016】図3に示すように、図1の回路の出力電流
103の応答は、図5および図6に示す出力電流10
1、102の応答よりもはるかにすぐれたものとなって
いる。例えば、図3においては、図5に示される振動は
除去されているとともに、図6に示される、遅い応答時
間も又除去されている。したがって、図1に示す可変リ
ラクタンスモータ制御システム1の動的応答は、図5と
図6に示す従来の制御システムの応答よりもはるかにす
ぐれたものとなっている。
【0017】図4は、アンプ回路の構成部分を含む本発
明の一実施例を示すブロック図である。モータ3は、パ
ルス幅変調器(PWM)22によって駆動される。前記
パルス幅変調器22は、電流誤差アンプ21の出力によ
って制御される。パルス幅変調器22は、モータ3に流
れる電流に比例する電圧を有する電流モニタ信号を出力
する。例えば、モータ3に並列及び/又は直列に接続さ
れる抵抗の電圧を測定することによって、電流モニタ信
号を得てよい。その電流モニタ信号は電流誤差アンプ2
1にフィードバックされ、基準電流信号と比較される。
基準電流信号と電流モニタ信号との差は電流誤差アンプ
21によって増幅され、パルス幅変調器22に出力し
て、フィードバックを完成する。電流誤差アンプ21の
増幅因子は、フィードバック回路A42やフィードバッ
ク回路B43などのフィードバック回路によって制御さ
れる。スイッチ44は、電流誤差アンプ21と連結し
て、1又はそれ以上のフィードバック制御回路を制御す
る。インダクタンス変化検出器41は、モータ3のイン
ダクタンスの変化を検出する。インダクタンス変化検出
器41は、飽和コア状態と不飽和コア状態等の明らかに
異なる2つの状態の間でインダクタンス変化するモータ
に用いるのが最も望ましい。インダクタンス変化検出器
41は、スイッチ44を制御し、モータ3のインダクタ
ンスの変化に応答してフィードバック回路A又はBに交
互に切リ換える。
【0018】フィードバック回路A,Bは、適正なフィ
ードバック回路を構成する様々な態様のものであってよ
い。望ましい実施例においては、フィードバック回路A
及びBは、抵抗とコンデンサとを直列に接続した直列回
路からなり、その直列回路はバイパスコンデンサと並列
に接続される。例えば、最も望ましい実施例において
は、フィードバック回路Aは、200kΩの抵抗を47
nFのコンデンサに直列に接続して直列回路を形成し、
その直列回路は470pFのコンデンサと並列に接続さ
れる。さらに、この実施例においては、フィードバック
回路Bは、18kΩの抵抗を47nFのコンデンサに直
列に接続して直列回路を形成し、その直列回路を470
pFのコンデンサに並列に接続したものである。フィー
ドバック回路は、当該分野における当業者にとって周知
の様々な他の構成であってもよい。フィードバック制御
を2段階からなる構成にすると、リニアモータ等の第1
インダクタンス状態及び第2インダクタンス状態間で切
リ換えるモータの要求を満たして、アンプの増幅度を厳
密に適合することができる。このような構成の切換えフ
ィードバックはリニアモータにおけるモータ駆動回路を
最適化するにあたって、特に効果的であることが知られ
ている。
【0019】電流誤差アンプ21は、適宜のいかなる構
成であってもよい。最も望ましい実施例においては、電
流誤差アンプ21はコプレイ・コントロールズ・コーポ
レーションの型式432直流ブラシサーボアンプの電流
誤差アンプと同様の構成のものであってもよい。回転制
御23は、電流目標出力を供給するに適切なものであれ
ば、いかなる構成であってもよい。
【0020】インダクタンス変化検出器41は、図1に
示すような構成のものでよく、また、第1及び第2比較
器C1,C2と、抵抗R1,R2,R3からなる分圧器
とを具備している。さらに、インダクタンス変化検出器
41は、モータ3のインダクタンス変化に応じて信号を
出力する適宜な検出機構(光学センサーまたは磁気セン
サー)を具備している。
【0021】スイッチ44は、2つのフィードバック回
路を交互に切り換えるものであってもよく、また、図1
に示すように、単一のフィードバック回路の中で、1又
はそれ以上のインダクタンス補償構成要素を切り換える
構成でなければならない。スイッチ44は、フィードバ
ック回路Aとフィードバック回路Bと連結して動的イン
ダクタンス補償回路を形成する。インダクタンス変化検
出器41は、インダクタンスの変化をモニタする手段を
形成する。当然のことながら、モニタ手段は当該分野に
おける当業者に周知の他の構成のものであってよい。例
えば、モニタ手段は外部センサーでもよい。さらに、フ
ィードバックネットワーク(回路)をアンプに接続して
切り換えるよりも、第2のアンプを用いて第1のアンプ
と交互に切り換える構成がよい。加えて、インダクタン
スの補償は、パルス幅変調回路22において直接的に行
ってもよい。
【0022】電流誤差アンプ21は、モータ3とパルス
幅変調器22と連結してモータ3にかかる電圧を制御す
ることによってモータ3の電流をも制御するフィードバ
ックループを形成する。電流誤差アンプ21の増幅因子
を変えることによって、インダクタンスが第1値と第2
値との間で変化するときのモータ3のインダクタンスの
値に増幅因子を整合させることができる。インダクタン
スが大きくなればなるほど、モータ3(負荷)の電流を
変化させるために要する時間も長くなる。したがって、
インダクタンスが大きいモータ3には、高い増幅因子が
必要となる。しかしながら、モータ3のインダクタンス
が小さな値に減少する場合、インダクタンス値を大きく
するために増幅を大きくすると振動を起こす。また、大
きいインダクタンス値において低い増幅因子を用いる
と、立ち上がり時間が非常に長くなる。したがって、本
発明の実施例は、2つの増幅率のいずれか一方に切り換
わるようにして、リラクタンス切り換え式モータのフィ
ードバック制御システムを最適化している。インダクタ
ンス値が大きくなると、電流誤差アンプ21の利得が増
加し負荷に高い電圧がかかリ、可変リラクタンスモータ
制御システム1の応答時間が減少する。モータ3のイン
ダクタに流れる電流の変化の割合は、インダクタンスに
かかる電圧に比例している。したがって、インダクタン
スが低い値に変わると、可変リラクタンスモータ制御シ
ステム1は低い増幅因子に切り換わってインダクタにか
かる電圧を下げる。
【0023】本発明の実施例である1つの制御システム
を示しているが、もちろん本発明はこの実施例に限定さ
れるものでなく、上述の見地から、当該分野における当
業者に周知の変形が可能である。したがって、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能である。例え
ば、図示実施例の中で、負荷インダクタンス補償回路は
並列及び/又は直列に接続した抵抗及びコンデンサをア
ンプ及び/又はモータ駆動回路に適宜な方法で結合した
構成のものであってもよい。さらに、モータ3の変化を
モニタする回路は、電流モニタ回路に限定されるもので
はなく、スイッチ31を制御するに適宜の制御ロジック
や複数のモニタ機構であってもよい。加えて、スイッチ
31は当該分野における当業者が周知の他の構成のもの
であってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、モータ
を制御する際に、インダクタンス補償値を切り換えるこ
とにより、コアの飽和状態及び不飽和状態のいかんにか
かわらず、既定のモータトルクのためのモータの最高速
度が低下するのを防止することができる。したがって、
モータの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すモータに接続したサーボ
アンプおよび動的インダクタンス補償回路の部分回路と
ブロック図。
【図2】同実施例のコイルとモータ電流を関数とするモ
ータコイルインダクタンス、電流モニタ出力電圧および
負荷インダクタンス補償抵抗を示す図。
【図3】同実施例の動的インダクタンス補償回路を具備
してなるサーボアンプのステップ応答を示す図。
【図4】同実施例を示す可変リラクタンスモータ制御シ
ステムのブロック図。
【図5】従来における不飽和インダクタンス領域にて作
動する抵抗にて補償したサーボアンプのステップ応答を
示すグラフ。
【図6】従来における飽和インダクタンス領域にて作動
するインダクタンス補償抵抗を具備してなるアンプのス
テップ応答を示すグラフ。
【符号の説明】
1…可変リラクタンスモータ制御システム 2…アンプ 3…モータ 4…インダクタンス補償回路 T1…オプトカプラスイッチ
フロントページの続き (71)出願人 598031475 P.O.Box825 Binghamto n,New York 13902−0825,U. S.A.

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コアと前記コアの周囲に配置したコイルを
    有するモータと、前記モータに接続するアンプとを具備
    してなるモータ駆動回路用可変負荷インダクタンス補償
    装置であって、 前記モータが、前記コアが飽和状態にある場合には第1
    インダクタンス値で作動し、前記コアが不飽和状態にあ
    る場合には第2インダクタンス値で作動する構成を有
    し、 前記アンプが、前記モータに制御駆動電流を供給する手
    段と前記コイルのインダクタンス変化をモニタする手段
    とを有し、 さらに、前記アンプが、インダクタンス補償を提供する
    インダクタンス補償回路を有し、該インダクタンス補償
    回路が、所定のコイルインダクタンス変化に応答して少
    なくとも第1及び第2インダクタンス補償値のいずれか
    に切り換える切換手段を含んでなるモータ駆動回路用可
    変負荷インダクタンス補償装置。
  2. 【請求項2】前記アンプが、電流モニタ出力と負荷イン
    ダクタンス補償制御入力とを具備してなり、前記切換手
    段が、前記電流モニタ出力に接続され、第1インダクタ
    ンス補償値と第2インダクタンス補償値とを交互に負荷
    インダクタンス補償制御入力に入力するために前記電流
    モニタ出力によって制御される請求項1記載のモータ駆
    動回路用可変負荷インダクタンス補償装置。
  3. 【請求項3】前記コアのインダクタンスの変化をモニタ
    する手段が、前記コイルに流れる電流をモニタする手段
    を具備してなる請求項1記載のモータ駆動回路用可変負
    荷インダクタンス補償装置。
  4. 【請求項4】前記アンプが、コアの飽和状態に応答して
    増幅率を変化させる請求項1記載のモータ駆動回路用可
    変負荷インダクタンス補償装置。
  5. 【請求項5】インダクタンス可変モータに応答するイン
    ダクタンス補償回路を備えるモータ制御回路を含んでな
    るモータ駆動回路用可変負荷インダクタンス補償装置で
    あって、 前記インダクタンス補償回路が、2個以上のインダクタ
    ンス補償値を有し、前記インダクタンス補償回路からの
    これらのインダクタンス補償値の内の少なくとも1つを
    接続もしくは接続解除を交互に行う切換手段とを具備し
    てなるモータ駆動回路用可変負荷インダクタンス補償装
    置。
  6. 【請求項6】前記アンプが、電流モニタ出力を具備して
    なり、第1インダクタンス補償要素が、第1値を有する
    電流モニタ出力に応答してインダクタンス補償制御入力
    に接続され、第1値と異なる第2値を有する制御モニタ
    出力に応答してインダクタンス補償制御入力との接続を
    解除される請求項5記載のモータ駆動回路用可変負荷イ
    ンダクタンス補償装置。
  7. 【請求項7】前記モータのインダクタンスの変化に応答
    して、モータを駆動するフィードバック制御システムに
    おける、アンプの少なくとも第1増幅値と第2増幅値と
    に交互に切換え動作することを具備してなるモータ駆動
    回路用可変負荷インダクタンス補償方法。
  8. 【請求項8】交互切換え動作が、前記モータのコアの飽
    和状態を検出することと、検出した飽和状態に応答して
    前記アンプの増幅を交互に切り換えることとを含んでな
    る請求項7記載のモータ駆動回路用可変負荷インダクタ
    ンス補償方法。
  9. 【請求項9】交互切換え動作が、前記モータのコアが飽
    和状態である場合に、前記アンプの増幅を減少させるこ
    とを含んでなる請求項8記載のモータ駆動回路用可変負
    荷インダクタンス補償方法。
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