JPS58139697A - モ−タ駆動装置 - Google Patents

モ−タ駆動装置

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Publication number
JPS58139697A
JPS58139697A JP1893682A JP1893682A JPS58139697A JP S58139697 A JPS58139697 A JP S58139697A JP 1893682 A JP1893682 A JP 1893682A JP 1893682 A JP1893682 A JP 1893682A JP S58139697 A JPS58139697 A JP S58139697A
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JP
Japan
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transistor
winding
power supply
current
stator
Prior art date
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Pending
Application number
JP1893682A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasufumi Tanimoto
谷本 康文
Hiroshi Matsumoto
弘 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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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
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14Arrangements for controlling speed or speed and torque

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明はモータ駆動装置に関する。
(発明の技術的背景とその問題点) モータ、籍にステツビ/グモータは、入力パルス信号に
よって励磁の条件が変わるたびK 一定角f回転するの
で、フィードバック制御を必要とすることがないため、
複写機の光学系の駆動手段あるいは給紙装置の給紙ロー
ラ回転手段として利用されている〇 ステッピング毫−夕としては、第11及び第2FjAに
示すものが知られている。菖1図はステッピング毫−タ
M(以下、単にモータと略記する)の内部構造を示す縦
断面図でTo1纂2図はモータM゛の内部の端面を正す
正WJ図である〇各図において、モータMは、円筒状の
ケーシングlの内*に沿って複数の固定子2が設けられ
ている。固定子2には、各■電子2毎に2つの一定子巻
纏3A及び3ムと、3B及び3百と(以下、の説明では
一定子巻纏3としてまとめて表示することもある)が゛
巻かれている。固定子2はケーシング1の中心を向いて
立設され、ケーシングlの中心にはシャフト4に支持さ
れ、+l!?1転子5が設けられている。回転子5は軸
方向に図示のように着磁され九マグネット6と、このマ
グネット60両端に環着された鉄心7.8を有している
。鉄心7.8はそれぞれマグネット6によってS、Ni
1K磁化されている。この鉄心7.8の表面には固定子
20回転子側に設けられたm9と同ピツチの#10がm
すれており、鉄心7.8の#110はそれぞれ半ピツチ
ずつずれている。
さて、このように構成されたモータMの動作原塊t−説
明す゛る。1定子場−3A(以下、人相といい、同様に
第2図の符号のように人相、B相、Bと記述することも
ある)K電#I′を接続部ると、第2図における上下の
人相の磁極はともにNl1Kなり、左右の人相の磁極は
ともVC8極になる。従って、鉄心7.8にtiA相と
マグネット6とによって磁気的な反撥力と吸引力とが作
用し、回転子5が回転するととくなる。次いでB相が励
磁されれば、第2図において、右上のB相及び左下のB
相がNli、右下及び左上のB相がS極になる。これに
よって回転子5tiさらに回転する。同様にして人相、
■相が励磁されることにより、回転子5が回転する。回
転子5の回転ピッチは、溝9,10の1/2である。
前述したよりなモータMは、第3図に示すような駆動値
線によって駆動される。
#31i!1において、11〜1・4はいずれも各相A
、A、B、Bt−選択するためのスイッチ回路である。
いずれも同一回路構成である。さらに、15.16は各
巻線3A、3A、3B、 3’iに電源■H9■Lの電
圧を選択的Kl:1]加するスイッチ回路で、いずれも
同一回路構成である。なお電111V)1. vL、 
トLテdそれぞれDc24V、5Vの定電圧電線が用い
られる。
まず、回路11について説明する。人相を選択するため
の信号DAは、インバータH1を介してトランジスタQ
1のペースに入力される。
トランジスタQlのエミッタは接地され、コ゛レクタは
トランジスタQ!のペースに接続されている。トランジ
スタQ意のエミッタは接地され、コレクタは巻fi3A
の一端に接続されている0ま友、Qlのコレクタと電源
■8との間には、逆バイアス方向及び願バイアス方向に
、ダイオードD五及びツェナダイオードZD、が直外に
誉続されている。なお、抵抗R1,R,はグルアッグ抵
抗で、Qlのベース側及びコレクターと電#lvHとの
間に接続されている0 同様にして、回路12,13.14の出力側には411
113λ、38.3Bの各一端が接続されている。
そして、各回路12,13.14の入力側には、電gv
Hが接続されているとともに1各相A、B。
各回路12.13.14 ii、回路11と同一構成な
ので、第3図においては省略されている。従って説明も
省略する。
次に、回路15について説明する。
まず、A相及び人相に電源vH1−接続するための信号
C1がインバータ1.、■a及び抵抗R3を介してトラ
ンジスタQ3のペースに入力される。トランジスタQ3
の工建ツタLトランジスタQ4コレクタに、トランジス
タQ3のコレクタはトランジスタQ4のペースにそれぞ
れ接続されている。゛トランジスタQ4のエミッタは逆
流防止用のダイオードD!を介して$4I3 A。
3人の共通接続部に接続されている。
また、R4は一端が電*V、、tC*続され、他端がQ
sのペースに接続されている抵抗で、抵抗R1とともに
トランジスタQ3のバイアスを設定している6ま九、電
源vLは、逆流防止用のダイオードD3及び電流制限用
の抵抗Riを介して上記巻線3A、3λに印加されてい
る。
回路16は上述の回路15と同一構成のなので、第3図
においては省略されている。第3図では、1路16の入
力例には電源vH,VLが接続されているとともに、巻
線3B、3Bに電gvHを供給するための信号C1が入
力され、回路16の出力側は8i13B、3百の共通接
続部分に接続されている。上記各回路11〜16の入力
側に、信号DA、DA、DB、DB、C,,C2がロー
レベル(以下。
Lと略記する)で入力されると各回路11〜16がn択
駆mされ、(l 号DA、 DA、 DB+ DB T
 01+C!がハイレベル(以下、Hと略記する)で人
力されると各回路11〜16Fi動作しない0次に、上
記構成の作用全1第4図に示すタイミングチャート會も
参照して説明する。まず、A4@を選択するための信号
DAがインバータIIに入力される。
すると、それまで、抵抗R1によってプリアップされて
いたトランジスタQ1のペースがLとなり、トランジス
タQ1がオフになり、従ってトランジスタQ2がオンに
なる。これによって、巻−3Aの一端が優地され、巻1
13Aの他趨には回wI!115によって電源vLが接
続される。なおこのとき、電源vHはダイオードD1が
逆バイアスされているので巻線3AKFi印加されない
〇一方、同時に、信号Cmが出力されてインバータIs
、13に入力されるので、トランジスタQ3のペース電
位はLとなる。これによってトランジスタQB1Q4が
オンになり、巻線3A。
3にの共通接続部に電源vHが印加される。
しかして、巻線3AKは定格電圧よりも高い電圧JVu
)が印加され、第4図に示すような電Rが流れる。@4
図で巻線3A、3^の部分は電流波形を示している。
しかして、回転子5は所定角度だけ回転する□次いで所
定タイミングで、信号C1がHとな9、電源Hvが線断
される。
しかして、信号DAがHになり、信号DAがLになり巻
線3xが選択される。そして、前述と同様にしてIJI
3λに電11vg が豪aされる0 上述のj5e’cSIIIIi3A、3AK電11を接
&1する際、まず高電圧vHを印加し、その後定格電比
VLVCするのは、次の理由による。
すなわち、ステッピングモータでは駆動パルスレート 
(各巻線の駆動間隔ンを上げていくと、4kIIがイン
ダクタンス成分を持っているので、*mを流れる電流の
波形の立上りが愚くなり、巻線に流れる電流が定格値に
遣せずトルクが減少してしまう。そのために、^速にお
ける特性改善の目的で、最初KA圧圧印印加て電流の立
上り特性を改善している。
ところで、第4図の電R71l形を示す図から明らかな
ように、@7743 A 、 3 Aへo電源vLKよ
る電圧印加が線断されてからも、T I + T 2時
間にけ電流の遅れがある。このような電流波形の立下が
り特性であると、各相切換が迅速に行なえない。すなわ
ち、ある相の巻線に電流が流れているタイミングで、別
の櫂の41111に電流電流すと、ダンピング作用を与
えてトルクが減少してしまう。
さらに、萬III及び第2#Aから明らかなよう同一固
定子2に巻かれているので誘導的に結合している。従っ
て、たとえば巻@3にへの電源jIIWT時に、その巻
線3AK生ずる送起電力によって、前述の立上り特性を
悪化させたり、スイッチング用のトランジスタQlを破
壊したりすることがある。
そこで従来は、嬉3FIAに示すように、ツェナダイオ
ードZDI及びダイオードD1の直列回路によって、巻
−3AK生ずる逆起電力によって流れる相電流を電mV
aKffiL込んでいる。
しかしながら、このような構成では、逆起電力によって
流れる相電流は、巻線3AからダイオードD1及びツェ
ナダイオードZDlt−介して電11VnK*れ込むよ
うになっているので次のような不都合がある。
まず、との相電流は、依然として$@3Aを流れるから
、前述し九立上ル特性を改善することKはならない。さ
らに上記相電流はツェナダイオードZDIKよって熱損
失として消費されるので、ツェナダイオードZDIの電
力容量が太きいものである必費があるばかりでなく、ツ
ェナダイオードz01が発熱するので温度上昇をもたら
し、さらには電流が無駄に消費されるという欠点があつ
九。
(発明の目的) 本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ステッ
ピングモータを^速で駆動する場合にあってもトルクを
減少させることなく駆動でき、温度上昇及び電流の無駄
な消費を少なくしたモータ駆動装置を提供することを目
的とする。
(発明の概要) 本発IIi!は上述し九0的を構成するために、互いに
鱒4M合された一定子OSの一方を駆動(7、その債駆
勅をj1断したときに流れる相電流を他の非駆馳状悪の
固定子巻線を介して電源に転流させるようにした。これ
によって発熱や無駄な峨力消費を伴うことなく固定子巻
線を流れる電流の立下り特性を改善している。
(発明の実施例) 以下に説明する実施例においては、前述した第1図及び
第2図に示された公知のステッピングモータを駆動する
手段が開示されている。
従って、ステッピングモータ自体の説明は−略し、さら
(、簡単のために、前述の巻線3A。
3iを駆動する例を説明する。
また、前述の第3!@IK示し九例では、いわゆる2電
源駆動方式が採用されていたが、以Fに説明する実施例
Khつては簡単のために1電源駆動方式の例をもって説
明する。もちろん、電源の立上り特性を改善する目的で
前述のよりな2電源駆動方式を採用すbこと−できる。
さて、第5図には、本発明の構成t−具体的に開示した
最もシンプルな例が示されている。こ)vIis図KT
hいて、20.21は前述(第2図参照)と同一にモー
タの固定子巻線を示す。この固定子巻線20.21は同
一固定子に巻かれており、誘導結合している。もちろん
、am20.21は1112図に示されたもののように
分割巻きしてもよく、あるいは結合&を増すためにバイ
ファイラ4Nkしてもよい。
そして、これらの巻線20.21に所定のタイミングで
電流t−流すことKより、固定子5(第2図参照)が回
転する。
壱@20の一端はスイッチング手段、念とえばトランジ
スタ22のコレクタに接続されているo14120の他
端は、巻線21の一端とともに電fII23のプラス例
に接続されている。巻線21の他端は、スイッチング手
段、たとえばトランジスタ24のコレクタにI[l絖さ
れている。
トランジスタ22.24のエミッタは共に電源23 O
”Y イt ” II K 11 wlすh テイル。
また、トランジスタ22.24のべ1.−スには、%*
I1120 、21 tHlllkす# ル*J6)(
1号DTt。
DT2が入力される。この信号DT1.DT!はハイレ
ベルで入力され、そのときに各トランジスタ22.24
が導通する。
さらに1場線20の一端及び電源23のマイナス側と、
巻線21の他端及び電#123のマイナス側とのそれぞ
れの間には、ダイオード25゜26が直列に接続されて
いる。このダイオード25.26は第5図から判るよう
に、電源23によって逆バイアスされる方向に接続され
ている0 さて、上記のような構成で、第6図に示すようなタイミ
ングで信号DTIがトランジスタ22に入力されたとす
る。
すなわち、タイミングt。(おいて、信号DTIがHK
なると、トランジスタ22がオンになり、巻線20KF
i図示破−Xで示すような電流が流れ(tl−tlの期
間)励磁される。
次いで、タイミングt!において、信号DT1がLとな
りかつ信号DT意がHになると、トランジスタ22はオ
フ罠なやかつトランジスタ24がオン(なる。これによ
って巻線21が駆動されることになる。
ところが、巻線20.21は誘導結合されているので、
巻線20の図示矢印X方向の相電流が遮断されると、誘
導起電力によって巻線21にも同方向の相電流が矢印Y
方□向KRれる。この矢印Y方向の相電流は、巻線21
→電流23少ダイオード26→巻纏21というループで
転流する。
このとき、巻線20に含む回路では、ダイオード25が
逆バイアスされる方向になるので相電流が流れない。
しかして、タイぽングt3になると、矢印Y方向の相電
流はなくなり、トランジスタ24が4遇したことによる
電源23からの電流が矢印2方向に流れて巻@21を励
磁する。
なお、第6図のタイ建ングチャートで、巻線20の電流
波形を示す図において、プラス方向は矢印X方向の電a
t示し、マイナス方向は矢印X方向と逆方向に+51れ
る電流を示し、**21の電llLa形を示す図におい
て、プラス方向は矢印2方向の電流を示し、マイナス方
向は矢印Y方向の電l/Lを示す。また、第6図におい
てI2Gはe縁20が電源23から線断され念瞬関の巻
線20の相電流の大きさを示し、I21 は巻線20が
電+1[23から線断された直後に巻線21に転流され
る相電流の大きさを示す。
ここで、壱@20.21の結合度が1であれば、電流■
wo及び■2□は等しく、また巻線21に発生する逆起
電力による電圧社電#230倍の大きさとなる。このよ
うに、ループYに従って転流される電流I21は、逆起
電力による電圧が電源23の電圧の倍になるので、着し
く短時間で誠意する。これによって、電流の立下り特性
が改善されるのである。これは、丁度、第3図に示し九
回路におけるツェナダイオードZD、と同様な作用であ
る。
次に、第7図及び第8図を参照して本発明の他の実施例
を説明する。
第7図の例は、第5図に示した例に加えて固定子巻線の
駆動方式を定電流制御方式としたものである。
まず、30.31は前述のものと同様の固定子巻線であ
って互いKll導結合されている。巻線30の一端はス
イッチング手段、たとえばトランジスタ32のコレクタ
に接続され、他端は寺4I31の一端とともに電源33
のプラス側に1■れている。巻線31の他端はスイッチ
ング手段、たとえばトランジスタ34のコレクタに接続
されている。トランジスタ32.34のエミッタはいず
れも電流検出用の抵抗35の一端に接続されている。こ
の抵抗35の他端は接地されている。さらに、トランジ
スタ32.34のベースにはそれぞれNANDゲート3
6.37の出力側が接続されている。
°−万、巻線30の一端及び巻線31の他端にはダイオ
ード38.39の一端が接続されている。このダイオー
ド38.39の他端と電源33のマイナス側とは接地さ
れていて、ダイオ−ド38.39が逆バイアスされるよ
うになっている。
また、NANDゲート36.37の一方の入力膚には、
それぞれ巻線30.31を選択的に駆動するための信”
r D T 3+ D T 4が入力され、他方の入力
端には、Dタイプラッチ40の出力信号が人力される。
このラッチ40は、コンパレータ41からの出力信号を
、クロックパルス発振器41から出力されるクロックツ
(ルスに間部して記憶するものである。コンノ(レータ
41は、抵抗35の電位と基準電位vr、fとを比較し
、前者が大きいときのみ出力を生ずる0 発振@41は所定間隔の](ルスを発生するものである
上記のような構成におい′C1第8図のタイミングチャ
ー) t−#照しつつ動作f:説明する。
まず、信号DTaがLになってNANDゲート36に入
力される。これは、巻線30f:励磁されるタイミング
で入力されるものである。このとき、Dタイプラッチ4
0の出力はLである。
従ってNANDゲート36の出力はHとなり、トランジ
スタ32が駆動され導通状態となる0第8図で、t4〜
t3のタイミングでは、巻線30には電源33が接続さ
れたことによる励磁電流が流れる。
なお、第8図の抵抗35の電圧を示す図で応答遅れがあ
るのは、巻線30が抵抗分を及びインダクタンスからな
るインピーダンスをもっている友めに生ずる過渡現俸に
よるもので塾る。
さて、1.のタイミングで、抵抗35の電位は基準電圧
”raft越えるので、コンノくレータ41からは信号
が出力される。このコン/(レータ41かのの出力信号
は、発振器42から出力されるクロックパルスの立下り
時のタイミングt6でラッチ40に記憶される。これに
よってラッチ40の出力端QFiHとなり、この信号が
NANDゲート36に入力される0従ってNANDゲー
ト36の出力FiLKなり、トランジスタ32t:tオ
フとなる。これによって、今まで、巻線30に流れてい
た矢印V方向の摺電RFi、断たれる。
しかし、この−間、前述した逆起電力の作用VCよって
、巻fi31には矢印W方向の電流が流れる。これは、
前述したように、巻線30.31が一導結合しているた
めに、トランジスタ32がオフとなったと自に、それま
で巻@30を流れていた相電流と同じ大きさの電流が、
第7図にボすように矢印W方向に巻線31う電源33→
ダイオード39というループを流れる。
このとき、巻線30の相電流は、トランジスタ32がオ
フであり、ダイオード3Bが逆バイアス方向なので流れ
ない。
従って、抵抗35の電位はトランジスタ32のオフとと
もに@″O”Kなる。
従って、コンパレータ41の出力はLとなり、この出力
信号がクロックパルスの立下りに同期してラッチ40に
記憶される。これによってNANDゲ′−)36の出力
は再びHとなり、トランジスタ32ti再びオンになり
、巻線3oに電源33が接続される(第8図でタイミン
グt6)。
このように、トランジスタ32を断続的にオン/オフさ
せて、巻@30に流れる電流がほぼ一定に保たれる。こ
れKよって、効率がよく高速特性にすぐれた駆動を行な
える。
なお、上記の例で紘コンパレータ41の出力が生じても
、ラッチ40によってクロックパルスの1パルス分だけ
前の状態が保持されるよう罠なっている。
ま九、第8図で、抵抗35の電圧を示す図で、■oは、
再びトランジスタ32がオンしたときの抵抗35の電位
を示し、の電位v0と上記電位vrefとの差は上紀舎
纏31の転流によって生ずる電流減少に基く電圧時ドで
ある。
そして、トランジスタ34が駆動されたときも、同様に
動作する。
前述した、第5図及び第7図に示す実施例では、転流を
行なう手段として、ダイオード2526.38.39を
用いたが、同様な作用をするのであれば、適当(選択で
きる。
すなわち、互いに誘導的に結合された固定予巻−のそれ
ぞれに、電R’に一方向に流しうる転訛手段を設け、一
方の固定子巻線が電源から虐Wtrされた際に、他方の
固定子巻線及び転流手段を介して電源へ相電流が流れ込
むようにすればよい。また、上記実施例にあっては、4
@の複合形のステッピングモータをを駆動する例を示し
友が、ステッピングモータとしては可変レラクタンス形
のものでも、あるいは永久磁石形のものでもよい。
(発明の効果) 以上述べ皮ようくい本発@によれば次のような効果があ
る。
(1)Toる相の励磁が1断されたときKS相電Rは他
の相を介して流れるので、上紀相omm迩断時のダンピ
ング効果をなくすことができる。
これによって、モータを高速駆動することができる。
(3)転流した相電流を熱損失に費換していないので、
発熱のおそれがない。従って転流手段としては電力容量
の小さいものですむ。
特に転流手段としては、ダイオードを用いることくよっ
て回路が着しく簡単になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はステッピングモータを示す縦断面図、第2図は
ステッピングモータの内部會示箇正面第−図は本発明の
実施例を示す回路図、第6図は同例の動作tfli@す
るためのタイイングチヤード、第7図は本発明の他の実
施例を示す回路図、第8図は同例の動作を説明するため
のタイミングチャートである。 2・・・固定子、3,20,21,30.31・・・l
id足子巻−15・・・回転子、22.24.32゜3
4・・スイッチ手段、23.33・・・電源、25゜2
6.38.39・・・転流手段。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第4図 第5図 第6FI!J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転子及びこの回転子を回転させるための磁界を
    発生する@1及び第2の固定子巻線を有し、このMl及
    び#!2の固定子巻線が誘導的に結合されたモータを駆
    動する−のにおいて、上記固定子4に!1を励磁するた
    めの電源と、この電源をと紀′slの固定子巻線に選択
    的に持続するスイッチ手段と、このスイッチ手段によっ
    て上記電源及び上記第1の固定子巻線が接続されかつそ
    の債に内番関が1断されたときに生じる相電流を、上記
    第2の固定子巻線及び上記電源を含む回路に転流させる
    転流手段とを具備したことをn値とするモータ駆動装置
  2. (2)第1及びjJi42の固定子巻線のそれぞれの一
    端tまともに電源の一端に接続され、上記第1及びg2
    の固定子41繍の他端はそれぞれスイッチ手段を介して
    上記電源の他端に接続され、さらに転流手段として上記
    第1及び菖2の固定子巻線の他端と上記電流の他端との
    間に上記電源によって逆バイアスされる方向でダイオー
    ドを接続したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の毫−夕駆勅装置。
JP1893682A 1982-02-10 1982-02-10 モ−タ駆動装置 Pending JPS58139697A (ja)

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