JPS6062900A - ステツプモータ制動回路およびその方法 - Google Patents

ステツプモータ制動回路およびその方法

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JPS6062900A
JPS6062900A JP17140384A JP17140384A JPS6062900A JP S6062900 A JPS6062900 A JP S6062900A JP 17140384 A JP17140384 A JP 17140384A JP 17140384 A JP17140384 A JP 17140384A JP S6062900 A JPS6062900 A JP S6062900A
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stator
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drive
voltage
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ジヨン・エス・スクワイア
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  • 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】 本発明はステップモータ制動回路および同回路を作動さ
せる方法、特にjつの実施例においては駆動回路と逆E
■(逆起電カンを検出する回路とが同一ユニット内にあ
るステップモータ回路に関する。
ステップモータは種々の目的に広く用いられている。ス
テップモータの利点は、デジタル信号を受け取ってそれ
に応答してデジタル的に動くことである。ステップモー
タの1つの用途は磁気ディスクのヘッドを駆動すること
である。
高速におけるステップモータの作動に関する問題の1つ
は、最終位置に達したときに回転子のオーバシュートま
たは振動がほとんどまたは全熱なしにステップモータを
止めることであ、る。ステップモータが最後のステップ
を前進(回転)するとき回転子は止め位置の周!ll(
前後)で振動しがちである。
ステップモータを有効に制動して短時間に迅速に停止さ
せる種々の方法が従来試みられた。従来の方法の1つは
機械的な摩擦を利用するものである。しかしながら外部
の機械的制動装置を用いるとステップモータの寸法が大
きくなり、制御装置の慣性が加わるのでモータのピーク
の加速度が制限される。
他の方法は回転子の振動を制御回路によって制動するこ
とである。典型的にはそのような方法は4相単極駆動回
路の相の間に抵抗器とコンデンサとを用いる。米国特許
第4.329.635号にはこの技術を用いてステップ
モータの回転運動を制動する電気装置゛が示されている
最後に、ステップモータはまた電子制動を用いて制動さ
れた。典型的には臨界的な時期に適正な順序でステップ
モータに一連の相の切換えを行なう。この方法は典型的
には「逆相制動」または[遅延最終ステップj制動と呼
ばれる。この方法は減速および加速についての制限を克
服するが、位相系列のタイミングが重要である。さらに
、タイミングはモータと負荷とに依存し、モータの構成
と負荷とのパラメータの変化にきわめて敏感である。
最後に、ステップモータの軸に結合された電磁回転速度
計も従来用いられた。回転速度計から得られる速度情報
はフィードバックシステムに用いてモータの振動を制動
することができる。これもまたステップモータの重さを
大きくし、最終的にステップモータの加速度を制限する
米国特許第4,136,308号(五第31,229号
)にはモータのコイルの巻線とは別の変圧器を用いて逆
EMIFを検出するステップモータ制御装置が示されて
いる。変圧器で検出された逆EMFはステップモータの
コイルに供給された電力を整流するのに用いられる。整
流信号は、同期されてモータの作動速度に無関係に最大
のトルクを得るために切換えが起こらなければならない
角位置の正確な指示を与えるように回転子位置に限定し
て与えられる。
本発明においては1つの回転子と第1固定子および第2
固定子と、を持つ型のステップモータに用いる方法と装
置とを示す。第1および第2モータ巻線または固定子は
直角位相に置かれ、モータが最後のステップを前進する
とき第1巻線は駆動および切換えをされ、第2巻線は駆
動されるが切り換えられない。装置は第1巻線からの電
圧を検出する手段を含む。第1巻線からの逆電圧は検出
された電圧から決定装置によって決定される。逆電圧は
それから増巾装置によって増巾される。最後に増巾され
た逆電圧は第2巻線に供給されてその巻線への電流の大
きさを制御する。
次に図を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図に2相ハイブリツドステツプモータとともに用い
る本発明の装置(2)の概略回路図を示す。
ステップモータ(10)は回転子(12)と第1および
第2固定子(14,16)とを含む。各固定子(14,
16)は電流が供給されてステップモータ(10)の回
転子(12)を動かすコイル巻線である。第1および第
2コイル巻線+14.16)は直角位相に置かれている
第1駆動回路(20)が第1固定子(14)に接続され
ている。第1駆動回路(20)は固定子(14)に駆動
電流を供給する。駆動回路(20)はバイポーラチョッ
パ電流調整駆動回路型で、4つのスイッチングトランジ
スタQ1+Q2+Q5+Q4を含む。C2のエミッタは
C4のコレクタに接続され、QlのエミッタはC5のコ
レクタに接続されている。C2のエミッタはまた第1固
定子(14)の一方の入力に接続され、C3のコレクタ
は第1固定子の他方の入力に接続されている。
第1インバータ(22)および第2インバータ(24)
を含む入力論理回路は成る時刻に4つのトランジスタの
どの対がオンにされるべきかを選択する。端子「相A制
御」における電圧が高であると、トランジスタQ2およ
びC3はオンになる。「相A制御」端子が低でおると、
トランジスタQ1およびC4がオンになる。したがって
「相A制御」端子における電圧が第1固定子(14)を
流れる電流の方向を決める。この型のバイポーラチョッ
パ電流調整駆動回路(20)は業界では周知である。
第1固定子(14)を流れる電流は接続点Aにおける抵
抗器R1によって測定される。接続点Aにおいて測定さ
れた電圧は第1比較器C1に供給される。
比較器C1は接続点Aからの第1人力と分割器回路R5
およびR4によって発生された基準電圧である第2人力
との2つの入力を持つ。抵抗分割器回路R5およびR4
は比較器C1用のしきい値電圧を決める。比較器C1は
第1固定子(14)を流れる電流を制御する。比較器C
1からその結果が第1単安定回路(単安定マルチバイブ
レータ) <26)’に送られる。
単安定回路(26)の出力は第1 ANDゲート(28
Jと第2 ANDゲート(30)に送られる。第1 A
NDゲート(2B)の出力はトランジスタQ3のベース
に供給される。
第2 ANDゲー) (30)の出力はトランジスタQ
4のベースに供給される。
接続点Aにおける電圧はまた第1フイルタ(40)も通
過する。フィルタ(40)はしゃ新局波数が約2KHz
のザレン/キーフィルタである増巾器回路A1を持つ。
フィルタ(40)の出力は第1阻止コンデンサC1に供
給される。
電圧は第1阻止コンデンサC1からスイッチS2を通っ
て第2増巾器A4に供給される。増巾器A4は阻止コン
デンサC1からの信号を増巾する。増巾器A4の一力は
第2比較器C2の基準入力に供給される。第2比較器C
2の出力は第2駆動回路(44)を制御する第2単安定
回路(42)に送られる。
第2固定子(16)の制御用およびfA21stl止コ
ンデンサC2の出力を相A制御の第1比較器C1に供給
するための回路の残りは上記のものと同じである。
本発明の装置(2)の作動を第1固定子(14)用の第
1駆動回路(20)に関して説明する。第2固定子(1
6)用の第2駆動回路(44)は第1駆動回路(20)
と同じなので説明しない。
本発明の装置(2)の動作においては電圧が「相A制御
」端子に供給される。相A制御に供給された電圧が高で
あると仮定すると、第1インバータ(22)の後ろの電
圧は低である。これはトランジスタQ2およびC5をオ
フにし、トランジスタQ1およびC4をオンにする。電
流は第1固定子(14)を1つの方向に流れる。相A制
御に供給された電圧が低であると、トランジスタQ2お
よびC5が導通して電流は第1固定子(14)を上記と
逆方向に流れる。したがつて相A制御を切9換えると第
1固定子(14)を流れる電流の方向が変る。第1固定
子(14)を流れる電流の方向が変るときはいつでも、
ステップモータ(10)の性質によって、回転子(12
)は1ステツプ前進する。ひとたび適当な対のトランジ
スタがオンになると、第1固定子(14)を流れる電流
は周波数成分と衝撃係数成分とを持つ。
周波数成分は次のようにして発生される。接続点Aにお
いて検出された電圧はそれを分割器回路”5+R4から
の基準電圧と比較する第1比絞器C1に送られる。抵抗
器R1の両端または接続点Aにおける電圧が基準電圧よ
り大きいと、比較器C1は状態を変えて第1単安定回路
(26)がトリガされる。これは両トランジスタQ3+
04をオフにする。この時間の間に、第1固定子(14
)を流れる電流はトランジスタQ1に関係したダイオー
ドCR1かまたはトランジスタQ2に関係したダイオー
ドC’R2を流れる。
第1固定子(14)を流れる電流は単安定回路(26)
の期間が終るまで指数関数的に減衰する。そうするとC
5かC4かの適当なトランジスタはオンにもどされ、第
1固定子(1’4)′f:流れる電流は接続点Aにおけ
る電圧が比較器自で決められる基準電圧を越え始めるま
で増加する。それから全プロセスが繰り返す。
したがって駆動回路(20)はそれ自身で振動して第1
固定子(14)を流れる平均電流を発生する。振動の周
波数は単安定回路(26)の滞留時間と第1比較器C1
のしきい値に上昇してもどる電流を支配する回路パラメ
ータとに主として依存する。
第1固定子(14)を流れる電流の衝撃係数成分は一部
(は第1比較器C1の入力に供給される基準電圧によっ
て決定される。第1比較器C1に供給される基準電圧が
高であると、衝撃係数も高である。第1比較器C1に供
給された基準電圧が低であると、第1固定子(14)を
流れる電流の衝撃係数も低である。
本発明は一部は固定子コイル(14または16)を流れ
る電流は固定子コイル(14捷たは16)によって発生
される逆EMFに関連した周波数と衝撃係数を持つとい
う発見に基づいている。
接続点Aにおいて測定された電圧は第1固定子(14)
の両端の電圧である。この電圧は一部は駆動回路(20
)からの駆動電圧と第1固定子(14)によって発生さ
れた逆EMF電圧とを含む全電圧である。
接続点Aから全検出電圧はフィルタ(4o)を通る。
フィルタ(40)は全電圧のうち低周波成分だけを通す
。第1増巾器A1は約2KHzLや断層波数を持つ。
駆動周波数は25 KEZの程度、すなわち単安定回路
(26)は25 KHz範囲で動作するので、フィルタ
(40)は検出された電圧の低周波成分を通過させる。
全電圧の低周波成分は主として逆KMF電圧であろう。
F波された電圧は第1フイルタ(40)75−ら第1阻
止コンデンサC1に供給される。阻止コンデンサc1は
約60Hzよp上の衝撃係数の変化は通過させ、60H
zよυ下のすべての周波数は阻止するように選ぶ。した
がって固定子(14または16)に誘導された、すなわ
ち逆EMFによって起こされた衝撃係数の変化と駆動回
路の動作点のブロック変化とだけが阻止コンデンサc1
tl−通過する。
第1阻止コンデンサC1から信号がスイッチS2に供給
される。スイッチS2はモータの減速または加速時にフ
ィードバック回路を停止させることができる。スイッチ
S2がオンになると、第1阻止コンデンサC1からの信
号は2つの2に抵抗器を含む抵抗回路を通って増巾器A
4の正入力に供給される。
第1阻止コンデンサC1と2つの2に抵抗器との組合せ
はAC結合となってフィードバックされる測定は電源の
変化またはモータ相の所望の電流レベルに確実に独立に
なる。・増巾器A4で増巾される信号は第2固定子(1
6)の駆動回路A4の第2比較器C2用の基準信号とし
て供給される。
スイッチ51−hたはC2がオフの位置にあると、阻止
コンデンサC1またはC2からの信号はツェナーダイオ
ード(50)に分路される。
本発明の装置(2)は回転子(12)が最終ステップで
最終位置に近づくとステップモータ(10)を制動する
のに主として用いられる。最終ステップにおいて回転子
(12)が前進中に最終ステップ運動を行なう位相切換
えが札入制御端子で起こると、この間に第2固定子(1
6〕においては位相切換えは起こらない。スイッチS2
がオンになると接続点Aにおいて検出され第1フイルタ
(40)でろ波された逆EMFを、増巾器A4をフィー
ドバック式に通過させ第2比較器C2に供給させる。第
1固定子(14)からの逆EM′F′は第2固定子(1
6)に供給される電流を制御するのに用いられる。電流
が第2固定子(16)にその駆動回路(44)から供給
されて固定子(16)を制御するので、それは回転子(
12)の運動に対してブレーキとして作用する。第2固
定子(16)に供給される電流は逆EMFに比例し、ツ
ェナーダイオード(5o)からの一定のバイアスが比較
器C2の基準入力に供給される。比較器C2の基準入力
に供給される電圧の一部バイアス部分は常に第2固定子
(16)を流れる公称電流を維持する。逆EMFからの
比較器c2の基準入力の変化は比較器C2の基準入力の
全電圧バイアスを変える。
ステップモータ(10)は第1位置から第2位置に典型
的には複数のステップで前進する。ステップ命令回路(
50)のブロックダイアグラムを第2図に示す。業界で
周知(米国特許第4.329.635号)のステップ命
令回路(50)はステップモータ(10)が最終所望位
置からどれぐらい隔たっているかを決定する。ステップ
命令回路(50)から電圧が「相A制御」および「相B
制御」端子に供給される。ステップモータ(10)が最
終位置から1ステツプ離れていると、「相A制御」また
は「相B slj御」だけが切り換えられる。適当なス
イッチS1またはS2が接続されてフィードバック回路
を駆動する。これは本発明の制御となる。
本発明の理論は次のように理解される。本発明の装置(
2)の、1つの駆動回路(20または44)の回路図の
簡単なモデルを第6図に示す。スイッチsw1が電圧源
Vmから電力をインダクタンスL、抵抗Rm、および逆
EMF el) f:持つものとして示したステップモ
ータ(10)に供給する。ステップモータ(10)は点
線内に示す。第6図に示すように、第1スイツチsw1
はステップモータ(10)に供給される電圧の周波数を
与える。周期的にオン・オフされる第2スイツチsw2
は回路の衝撃係数を与える。
電流1a(t)は2つの異なる方程式を解くことによシ
時間の関数として得られる。ひとたび適当な初期条件が
知られると、これらの方程式は、コイルの電流が増大し
ているとき回路の作用を表わすSWlが閉じてSW2が
開いているという条件下のコイルの電流に関係する。S
W2が開いてSWjが閉じているときはこれはコイルの
電流が減少していることを表わす。
両式においてR1(Rmと仮定しているので、この項は
無視した。
1a(04)−ITHという初期条件でまず式2ンを解
いて ランジスタがオフになっている間だけ当てはまる。
単安定回路トリガ期間Tの間通EMFが一定と仮定する
と、sw2が開いてswlが閉じているときのコイル中
の最後の電流は であろう。式6)の電流はswlが閉じているときのコ
イルの電流の初期条件である。したがってこの期間の電
流を表わす式は である。式4)の初期条件は式3)で得られた最終電流
である。1a(t)=ITHとしそれをtについて解く
ことにより式4)から駆動振動周期t。nの他の半分に
対して解くことが可能である。式5)はこの条件下にt
。nに対する解を与える。
ITH−1 したがって駆動振動は 6)f=− T+t。n で与えられ、衝撃係数は で与えられる。
tonは逆EMF、 e4)、の関数なので、発振周波
数または衝撃係数を測定し、コイルの相の1つにおいて
誘導逆EMFのゆつくりした変動を観測することができ
る。
第4図は5.5 mhのインダクタンス、5.18Ωの
相抵抗を持ち、9ボルトが印加されたステップモータに
対して式2)、5)、6)、7)に基づいて計算された
駆動発振周波数の関数としての逆EMFの゛グラフで必
る。単安定期間は約28.5マイクロセカンドと仮定す
る。
第5図は同じ仮定を用いた同じ計算に基づく衝撃係数の
関数としての逆EMF (逆起電力)のグラフである。
第4.5図かられかるように逆EMFは発振周波数と衝
撃係数との1次関数にきわめて近い。
第6図は本発明を用いたステップモータにおいて時間の
関数としての回転子の位置に対応する時間の関数として
の検出された逆EMFのグラフである。第6図かられか
るように、回転子は本発明によって安定位置に急速に落
ち着く。
上記のように、本発明は@撃係数が固定子を流れる電流
の周波数かの測定で、固定子に誘導された逆EMFを測
定する。測定から得られた信号はステップモータの反対
の相の電流の制御に用い、制動ステップ応答を得る。第
1図の実施例においては電流が印加された固定子を流れ
る電流の衝撃係数を測定する。逆EM′Fによる衝撃係
数の変化はステップモータの直角位相の電流を制御する
のに用いる。固定子を流れる電流の周波数はまた逆EM
Fにも依存するので、他の実施例は周波数を検出してそ
れを周知の周波#!l/ft圧変侯技術圧変−技術圧に
変換する。周波数の変化はステップモータの直角位相の
電流を制御するのに用いることができる。その上、逆E
MFの測定は比較器C1またはC2または第1または第
2単安定回路の出力におけるような他の源から行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の装置の概略的回路図である。 第2図は本発明の装置の一構成要素のブロックダイヤグ
ラムである。 第6図は本発明の装置の一構成要素のモデルの概略的回
路図である。 第4図はステップモータの計算された組の/ζラメータ
に対する逆起電力の関数としての駆動発振周波数のグラ
フである。 第5図はステップモータの計算された組のノ七うメータ
に対する逆起電力の関数としての衝撃計数のグラフであ
る。 第6図は本発明を用いた時間の関数としての測定きれた
逆起電力と回転子の位置とのグラフである。 特許出願代理人 弁理士 山 崎 行 造 相A 4日B 1ヨエ[:T−:ヨー ■=工[Er−−6− 1ヨエ[:l−−4− 1ヨエUET+5 手 続 ン1雷1 j、Iヨ g l 事件の表示 昭和59年特許願第171403号 2 発明の名称 ステップモータ制動回路d3J、びそのli rh3 
補正をする者 事1!1との関係 Q’J i+’l出願人名 称 ヂ
ュリン・」−ボレーション 4代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 第1駆動エネルギを第1固定子に供給すること
    と、 上記第1固定子からの全エネルギを検出することと、 前記全エネルギからモータによって発生された逆エネル
    ギをF波することと。 前記第1固定子に供給された前記第1駆動エネルギに直
    角位相の第2固定子に前記逆エネルギに比例した第2駆
    動エネルギを供給することと を含む、回転子と第1および第2固定子とを持りステツ
    プモータを制動する方法。 (2) 前記モータが最終ステップを動いているとき前
    記第2駆動エネルギを前記第2固定子に供給することを
    含む特許請求の範囲第1項記載の方法。 (3)前記第1駆動エネルギは周波数と衝撃係数とトを
    持つエネルギである、特許請求の範囲第2項記載の方法
    。 (4)前記逆エネルギを増11〕シ、前′記増中された
    逆エネルギに比例した前記第2駆動エネルギを発生する
    ことを含む、特許請求の範囲第3項記載の方法。 (5)いつ回転子が第2位置から1ステツプ離れている
    かを決定することと、 第1駆動エネルギを第1固定子に供給して前記回転子を
    前記第2位置に動かさせることと。 前記第1固定子からモータによって発生された逆エネル
    ギを検出することと、 前記第1固定子に供給された前記第1駆動エネルギと直
    角位相の第2固定子に前記逆エネルギに比例する第2駆
    動エネルギを供給することと を含む1回転子と第1および第2固足子とを持ち、前記
    回転子を第1位置から第2位置へ動かすのに複数のステ
    ップを触るステップモータを作動させる方法。 (6)前記逆エネルギを増巾して前記増巾された逆エネ
    ルギに比例した前記第2駆動エネルギを発生することを
    含む、特許請求の範囲第5項記載の方法。 (力 直角位相に置かれた第1および第2モータ巻踪金
    持ち、モータが最終ステップに前進しているとき前記第
    1巻線は駆動され切り換えられ、前記第2巻線は駆動さ
    れ切シ換えられないステップモータの回転運動を制動す
    る方法であって、前記第1巻線からの電圧を検出するこ
    とと、前記第1巻線からの逆電圧を検・出された電圧か
    ら分離することと、 前記分離された逆電圧を増巾することと、前記増巾され
    た逆電圧を前記第2巻線に印加することと を含む制動法。 (8)回転子と第1および第2固定子とを持つ型のステ
    ップモータとともに用いる装置であって、前記第1固定
    子に第1駆動エネルギを供給する装置と、 前記第1固定子からの全エネルギを検出する装置と、 前記全エネルギから前記第1固定子に前記モータによっ
    て発生された逆エネルギをヂ波する装置と、 前記第1固症子に供給された前記第1駆動エネルギに直
    角位相の前記第2固定子に前記p波された逆エネルギに
    比例する第2駆動エネルギを供給する装置と を備えた装置。 (9)前記第1駆動エネルギを供給する装置はバイポー
    ラ電流チョツ・七駆動装置である、特許請求の範囲第8
    項記載の装置。 α0)前記検出装置は前記第1固定子からの全■を検出
    する抵抗器である、特許請求の範囲第8項記載の装置。 Ql) 前記ろ波装置は約2 KHzのしゃ断層波数を
    持つフィルタである、特許請求の範囲第8項記載の装置
    。 aの 前記第2駆動エネルギを供給する装置もノ(イポ
    ーラ電流チョッパ駆動装置である、特許請求の範囲第8
    項記載の装置。 03)前記逆エネルギを増巾する装置を備えた特許請求
    の範囲第8項記載の装置。 Oa 回転子と第1および第2固定子とを持つ型のステ
    ップモータとともに用いる、前記回転子を第1位置から
    第2位置へ複数のステップを経て動かす装置であって、 いつ前記回転子が前記第2位置から1ステツプ前かを決
    定する装置と。 第1駆動エネルギを前記第1固定子に供給する装置と、 前記第1固定子から前記モータによって発生された逆エ
    ネルギを検出する装置と。 前記第1固定子に供給された前記第1駆動エネルギに直
    角位相の前記第2固定子に前記逆エネルギに比例した第
    2駆動エネルギを供給する装置と を備えた装置。 09 前記第1駆動エネルギを供給する装置は、Sイポ
    ーラ電流チョッパ駆動装置である、特許請求の範囲第7
    4項記載の装置。 aω 前記検出装置は前記第1固定子からの逆EMFを
    検出する抵抗器である、特許請求の範囲第14項記載の
    装置。 aカ 前記第2駆動エネルギを供給する装置もノ4イポ
    ーラ電流チョッパ駆動装置である、特許請求の範囲第1
    4項記、載の装置。 (18) 検出された逆エネルギを増巾する装置を備え
    た、特許請求の範囲第14項記載の装置。 四 直角位相に取り付けられfc第1および第2モータ
    巻線を持ち、モータが最終ステップに前進しているとき
    前記第1巻線は駆動され切り換えられ、前記第2巻線は
    駆動され切り換えられないステップモータの回転運動を
    制動する装置であって、 前記第1巻線からの電圧を検出する装置と、検出された
    電圧から前記第1巻線からの逆電圧を決定する装置と、 前記逆電正金増巾する装置と、 前記増巾された逆電圧を前記、第2巻線に供給する装置
    と を備えた制動装置。
JP17140384A 1984-08-17 1984-08-17 ステツプモータ制動回路およびその方法 Pending JPS6062900A (ja)

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