JPS63174593A - パルスモ−タ駆動回路 - Google Patents

パルスモ−タ駆動回路

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JPS63174593A
JPS63174593A JP570387A JP570387A JPS63174593A JP S63174593 A JPS63174593 A JP S63174593A JP 570387 A JP570387 A JP 570387A JP 570387 A JP570387 A JP 570387A JP S63174593 A JPS63174593 A JP S63174593A
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diode
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Masaharu Kawarai
川原井 正治
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MERETSUKU KK
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MERETSUKU KK
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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】 (産業上の利用分野) 本発明はユニポーラ駆動用のパルスモータ駆動回路の電
力損失を高速トルクが維持されたままで低減させる事を
より簡易な回路で実現出来、しがもスイッチングトラン
ジスタの破損を防止でき、非常に安全性の高いパルスモ
ータの駆動回路に関する。
(従来技術) 第1図は従来の回路図で、(1)は定電流電源である。
定電流電源(1)は、直流W[(E、)と、直流[fi
(E、)の出力をチョッパ制御する半導体チョッパ(Q
)と、半導体チョッパ(Q)をパルス幅変調スイッチン
グ作用によって制御する制御回路(図示せず)と、フラ
イホイルダイオード(Dp)と、半導体チョッパ(Q)
の出力側に直列に挿入されたリアクトル(L)と、平滑
コンデンサ(C)とで構成されている。(2)はユニポ
ーラ駆動巻線スイッチング回路であり、スイッチ素子と
してトランツスタ(Tr I)〜(Tr、)が並列接続
されており、この駆動巻線スイッチング回路(2)の出
力側に1オ一ム程度の低い値を有するセンス抵抗(R)
が直列接続されている。(M)はパルスモータで、モー
タコイル(ML+)〜(ML4)と回転子(図示せず)
を有するものであり、その固定子巻線はバイファイラ巻
きとなっている。モータコイル(ML+)〜(ML、)
はダイオード(D、)〜(DI4)を介して並列接続さ
れたスイッチングトランジスタ(Tr、)〜(Tr<)
にそれぞれ直列接続されている。またユニポーラ駆動巻
線スイッチング回路(2)の各スイッチングトランジス
タ(Trl)〜(Tr、)のベースは分配回路(図示せ
ず)に接続され、適宜オン・オフ制御される。スイッチ
ングトランジスタ(Trl)〜(Tr4)のベースとコ
レクタ間にはツェナーダイオード(ZDI)〜(ZD、
)が接続されているが、このツェナーダイオード(ZD
I)〜(20,)は、 ■スイッチングトランジスタ(Tr、)〜(Tr、)が
オンからオフに切り替わる瞬間にモータコイル(SL+
)〜(ML、)から発生する起電力を一定電圧に保ち、
スイッチングトランジスタ(Trl)〜(Tr、)の耐
圧を越えないようにする為と、 ■パルスモータ(M)の高域でのトルクを延ばす目的で
使用されている。
以上の構成においで、パルスモータ(M)は定電流電a
(1)の出力によって駆動され、分配回路によって開閉
、制御されるユニポーラ駆動巻線スイッチング回路(2
)の開閉に対応した角度だけ回転して、所定のステップ
駆動がなされるものである。
さて、このツェナーダイオード(ZD、)〜(ZD、)
でスイッチングトランジスタ(Try)〜(Tr、)の
耐圧保護をなし得るのは以下の理由による。
第2図(a)にはツェナーダイオードを入れていない回
路を示すが、この回路ではスイッチングトランジスタ(
T「)がオンからオフに切り替わると起電力でモータコ
イル(ML)から電流(i)が減衰しつつも流れ続けよ
うとする。処が、スイッチングトランジスタ(Tr)は
オフとなってしまっているので、電流(i)はスイッチ
ングトランジスタ(Tr)を流れることが出来ず、コレ
クタ側の電位を上昇させる。
第2図(a)の回路ではダイオード(0口)のカソード
からスイッチングトランジスタ(Tr、)のコレクタの
間に何等の電位保障機構が設けられていない為、コレク
タ側の電位がベース・コレクタ電圧(Yes)又はコレ
クタ・エミッタ電圧(V6E)の最大定格を越えるまで
上昇する可能性があり、その時にはスイッチングトラン
ジスタ(Tr)を破損に至らせる危険があった。そこで
第2図(b)に示すようにスイッチングトランジスタ(
Tr)のベースとコレクタ間にツェナーダイオード(Z
D)を入れたのであるが、この場合オンからオフに切り
替わった瞬間、モータコイル(ML)で発生した起電力
によって流れる電流(i)でコレクタ側の電位が上昇し
て行くが、最後にツェナー電圧(Vz)にクランプされ
る事になる。
この時のツェナー電圧(Vz)はスイッチングトランジ
スタ(T「)のvcIi又はVcBの最大定格より小さ
くしておく必要がある。
即ち、ツェナー電圧(Vz)<スイッチングトランジス
タ(Tr)のVat又はYesの最大定格。
これにより、モータコイル(ML)で発生した起電力に
よりスイッチングトランジスタ(Tr)のコレクタ・エ
ミッタ電圧(Vat)がツェナー電圧(Vz)に達する
と、ツェナー電流(iz)がツェナーダイオード(20
)を流れる。するとこのツェナー電流(iz)はスイッ
チングトランジスタ(Tr)のベース電流となってスイ
ッチングトランジスタ(Tr)をオンさせ、電流(i)
がスイッチングトランジスタ(Tr)を流れるようにな
る。その結果スイッチングトランジスタ(T「)の耐圧
を越える心配は無くなり、スイッチングトランジスタ(
Tr)の破損事故は皆無となる。
又、ツェナーダイオード(20)でパルスモータ(M)
の高域トルクが伸びるのは以下の理由による。パルスモ
ータ(M)のA相がオンからオフに切り替わった後でも
微小時間、減液しつつも起電力によりA相のコレクタ電
流(ic)が流れ続ける。(これを第3図斜線部で示す
、)一方、人相はA相とは逆にオンの状態となっている
ので、この新線部のコレクタ電流(ie)はトルクベク
トルから見ると励磁力を低下させる方向で働いているこ
とになる。
第4図は、A相から人相に+1.13’)替わる瞬間の
トルクベクトルを示し、FAが起電力によるトルクベク
トルである。
ここで、モータコイル(ML)に流れる電流(i)は、
定電流電源(1)を使用しでいるために一定値に保持さ
れている。さて、モータコイル(ML)から発生する起
電力(Vg)とスイッチングトランジスタ(T「)のコ
レクタ・エミッタ電圧(VCりによって消滅する時間(
T)と比例定数<a>との関係は;!n(Vci/Vi
+)Xa=T  :?表される。
又、VCE=VZ+VB+!   :テhZaりhtx
”F−11圧(Vz)を高くするほど起電力が速やかに
消滅し、トルクの向上につながる。
次に従来回路の動作についで説明する。A相、人相を例
にすると、A相がオンからオフ(人相がオフからオン)
に切り替わる瞬間人相のモータコイル(ML、)に起電
力がfJSS図矢印■の方向に発生し、ツェナーグイ*
−1r(ZD+)ノツzナー電圧(Vz)とスイッチン
グトランジスタ(Trl)のベース・エミッタ電圧(V
B+り)和(Vz+Vilりニ9 ? ンフサレ6 。
この時のパルスモータ(M)のA%λ相及びB1百相の
モータコイル(ML、)〜(ML4)が互いに逆向外で
密に巻かれたパイ7アイフ巻となっているために入相又
は百相はインダクタンスの相互作用によって生ずる逆起
電力でスイッチングトランジスタ(Trl)側から流そ
うとする矢印■方向の電流をダイオード(D、)が阻止
する。このように、モータコイル(ML+)〜(ML4
)に直列に挿入されているダイオード(0+)〜(D4
)は逆起電力で発生する電流によりスイッチングトラン
ジスタ(Tr、)〜(Tr、)のコレクタがマイナス電
位に振られてスイッチングトランジスタ(Tr、)〜(
丁r4)を破損すると言う事が発生しないようにしでい
る。
即ち、人相、入相、B相、百相の各スイッチングトラン
ジスタ(Tr、)〜(Tr、)がオンからオフに切り替
わる時、モータコイル(ML、)〜(ML4)の起電力
を吸収し終わるまで回生が働くことになる。
(発明が解決しようとする問題、α) さて、第6図(a)の斜線部■■がA相のスイッチング
トランジスタ(Trl)、入相のスイッチングトランジ
スタ(Trz)の回生時損失になる。そこで、ツェナー
電圧(Vz)を下げるとスイッチングトランジスタ(T
rl )(Tr2)の損失は低減されるが、高域トルク
が出ないと言う欠点があるため、実際は高域トルクが出
るようにツェナー電圧(T2)を上げる事とし、スイッ
チングトランジスタ(Trl)(Tri)の損失による
発熱は放熱設計でカバーしていた。しかしながら放熱設
計でカバーするとしてもツェナー電圧(Vz)を上1デ
る事はスイッチングトランジスタ(Tr)のコレクタ・
エミッタ電圧(Vei)を上げることを意味し、コレク
タ電流(ic)との関係でスイッチングトランジスタ(
T「)のASO(安全動作領域)面から見て非常に危険
な使用方法であるという欠点があった。(第7図) (問題点を解決するための手段) 第1発明はかかる従来例の欠点に鑑みてなされたもので
、 ■直流電!P!(E、)の出力を制御する半導体チ57
パ(Q)と、半導体チ層ツバ(Q)に直列接続されたリ
アクトル(L)とを備えた定電流電m(1)に、固定子
巻線がバイファイラ巻きとなっているパルスモータ(M
)のモータコイル(ML)をオンオフI11御するため
のユニポーラ駆動巻線スイッチング回路(2)を直列接
続したパルスモータ(M)の定電流駆動回路においで、 ■リアクトル(L)の出力から半導体チクツバ(Q)の
入力に向けて電流回生用ダイオード(Os)を並列接続
する。
■ユニポーラ駆動巻線スイッチング回路(2)のスイッ
チングトランジスタ(Tr)のエミッタからコレクタに
向けてトランジスタ損失低減用ダイオード(Dl)〜(
D、)を並列接続する。
;という技術的手段を採用している。
又、第2発明は第1発明を更に改良したもので、■直流
電源(El)の出力を制御する半導体チ房ツバ(Q)と
、半導体チ腸ツバ(Q)に直列接続されたリアクトル(
L)とを備えた定M流電源(1)に、固定子巻線がバイ
ファイラ巻きとなっているパルスモータ(M)のモータ
コイル(ML)をオンオフ制御するためのユニポーラ駆
動巻線スイッチング回路(2)を直列接続すると共にユ
ニポーラ駆動巻線スイッング回路(2)の出力にセンス
抵抗(R)を直列接続したパルスモータ(M)の定電流
駆動回路においで、■リアクトル(L)の出力から半導
体チ5クパ(Q)の入力に向けて電流回生用ダイオード
(D、)を並列接続する。
■センス抵抗(R)の出力からユニポーラ駆動巻線スイ
ッチング回路(2)のスイッチングトランジスタ(Tr
)のコレクタに向けてトランジスタ損失低減用ダイオー
ド(Dl)〜(0,)を並列接続する。
;という技術的手段を採用しでいる。
(作 用) 犬に、本発明の作用についで説明する。
■まず、モータフィル(ML、)のA相がオンからオフ
に(同時に入相がオフからオンに)切り替わると、その
瞬間にA相に起電力が発生し、ツェナーダイオード(2
01)のツェナー電圧(Vz)にクランプされる。
■この時、モータコイル(ML、)(ML、)の相互作
用により入相に逆起電力が生じ、この逆起電力によって
発生した電流がA相に起トな起電力を直ちに打ちtl’
f して消滅させる。
■X相より発生した電流はC0M端子から電流回生用ダ
イオード(D、)を通して直流電源(El)に戻される
■A相、B相、百聞も同様な逆起電力を発生し、反対相
に起きた起電力を打ち消す。
(実施例) 第8図は従来回路の問題点を解消した本発明の一実施例
であり、従来回路と同一の部分には同一の番号を付して
説明を省略する。又、同様の働きをするものには添字を
付加して説明する。
さて、第1発明回路と従来回路の相異点は;■ モータ
フィル(ML)とスイッチングトランジスタ(Tr、)
〜(Tr、)との間に直列接続したダイオード(02)
−(Dl、)を外し、スイッチングトランジスタ(yr
t)〜(Tr、)のエミッタ・コレクタ間にエミッタか
らコレクタに向けてトランジスタ損失低減用ダイオード
(Dl)〜(D4)を並列接続した点と■リアクトル(
L)の出力から半導体チョッパ(Q)の入力に向けて電
流回生用ダイオード(D、)を並列接続した魚にある。
又、第2発明回路にあっては、■の点は第1発明回路と
同じであるが、■あ点で、センス抵抗(R)の出力から
ユニポーラ駆動巻線スイッチング回路(2)のスイッチ
ングトランジスタ(T「)のコレクタに向けてトランジ
スタ損失低減用ダイオード(DI)〜(D、)を並列接
続する、と言う点が特徴的であり、その差異は後述する
以上のような回路構成に係る本発明回路においで、A相
がオンからオフに(逆に入相がオフからオンに)切り替
わると、その瞬間にA相に起電力が発生し、スイッチン
グトランジスタ(Trl)のベース・コレクタ間に接続
されたツェナーダイオード(ZD、)のツェナー電圧(
v2)にクランプされる。
この時バイファイラ巻のモータコイル(ML、)(ML
2)の相互作用により入相に逆起電力が生じ、入相に発
生する電流がA相に起きた起電力を打ち消すように働き
、2相励磁、1−2相励磁共にいわばコイルリセットの
ような働きをする。
入相より発生した電流はCOMj1子からダイオード(
Dへ)を通して直流電源(El)に戻される。A相、B
相、百聞も同様な逆起電力を発生し、反対相に起きた起
電力を打ち消す、ここでスイッチングトランジスタ(T
r、)の損失は第10図(a)のA部で反対相に逆起電
力で生ずる電流が流れるまでの像小時間である為、損失
はほとんど無視出来る。又、ASoで見でも電流が流れ
る時間が非常に短くなるため従来回路より安全となる。
又、B部は逆起電力で生ずるダイオード(D2)の損失
で、 B = S: (vp+ X 1ct)dt  :で表
す事が出来、0部は逆起電力で生じた電流を電源に戻す
時に発生する電流回生用ダイオード(D、)損失で、C
=S:、(vp2Xi^)dt  ;r表すことが出来
る。
一方、従来回路のトランジスタ損失は、S二(VCEX
 1c)dt  :で表す事カ出来、従来回路(下式左
辺)と本発明回路(同右辺)の損失を比較すると、 5二 (VciX  1c)dt>>  S:  (V
FI  X  1c2)dt + 5:  (Vp2X
  i A)dtと日う事になり、従来回路の損失の方
が本発明回路の損失に比べてはるかに大きい事が分かる
ここで、 ic(従来回路) = ic+(ic2)を本発明回路の斜#1lliBで
示す)”iA1本発明回路の斜線部Cで示す)なので、
換言すれば、上式から、本発明回路と従来回路の損失の
差は、Vci:(従来回路)ト(Vp+ 十VF2)(
本回路)の差ということになるが、 VCE= VBE+ VZ>> VFI + VF2(
注)VFI、 VF21! rイオード(D、)−(D
s)の順方向電圧降下であり、その値はVCE= V[
lE+VZに比べて非常に小さい。
;であるため、この電圧差が本発明回路の損失の低減と
なって表れて来る。
ちなみにツェナー電圧(Vz)は50〜100v位のも
のが使用され、VF、、V++2は約1.Ovである。
この場合、例えばVZ=50Vの時は本発明回路は従来
回路の1725ノ損失トrt T)、v2=100vノ
時は1150となる。
又、従来回路にあっては、1JS11図(a)に示すよ
うに、相間の電流が一方においては増加している時に他
方が減少している時期が重なり合う期間があり、パルス
モータ(14)の励磁が不安定になって振動が発生し易
くなる。
しかしながら、本発明回路にあっては、第11図(b)
に示すように双方向に同時に電流が流れる事はなくなり
、且つ、相間の電流波形が「5inJ波形に近付き1.
パルスモータ(M)の振動は押さえられる。
(以下余白) (効 果) 第1発明は叙上のように、駆動巻線スイッチング回路の
スイッチングトランジスタのエミッタからコレクタに向
けてトランジスタ損失低減用ダイオードを並列接続し、
第2発明にあっては、センス抵抗の出力からユニポーラ
駆動巻線スイッチング回路のスイッチングトランジスタ
のコレクタに向けてトランジスタ損失低減用ダイオード
を並列接続しであるので、バイファイラ巻きされたパル
スモータの1相をオンからオフに切り換えるとその相に
起電力が発生して電流がモータコイルに流れるが、これ
と同時にバイファイラ巻された他の相に逆起電力が発生
してその他の相に逆起電力による電流を流す事が出来、
その結果互いに打ち消し合って急速なr言わばコイルリ
セット効果」と同様の効果を発揮させる事が出来、従来
回路に比べて大幅なトランジスタ損失を低減可能とし、
更に第1、第2発明にあっては、リアクトルの出力から
半導体チョッパの入力に向けて電流回生用ダイオードを
並列接続されているので、逆起電力で生じた他の相の電
流が電流回生用ダイオードを通じて直流電源に戻す事が
出来、その結果前記コイルリセット効果を簡単且つ確実
に実現出来、トランジスタ損失をほとんど無視出来る程
小さく出来、又、ASOで見ても損失となる′N、流が
流れる時間が非常に短くなるため、従来回路よりスイッ
チングトランジスタの破損事故が著しく減少し、安全性
が高まるという利点がある。
更に従来回路ではある相がオンからオフに切り替わった
瞬1m、相間の電流が一方においては増加している時に
他方が減少している時期が重なり合う期1mがあり、パ
ルスモータの励磁が不安定になって振動が発生し易くな
ると言う欠点があるが、本発明回路にあっては、従来回
路のように双方向に同時に電流が流れる事はなくなり、
且つ、相間の電流波形がrsin1波形に近付き、パル
スモータの振動が押さえられると言う利点がある。
尚、第1発明は、駆動巻線スイッチング回路のスイッチ
ングトランジスタのエミッタからコレクタに向けてトラ
ンジスタ損失低減用ダイオードを並列接続しであるのに
対し、第2発明は、センス抵抗の出力からユニポーラ駆
動巻線スイッチング回路のスイッチングトランジスタの
コレクタに向けてトランジスタ損失低減用ダイオードを
並列接続しであるが、前者が逆起電力によってダイオー
ドに流れる電流がセンス−抵抗に乗って検出され、定電
流電源に影響を与えるのに対し、後者にあっては逆起電
力によってダイオードに流れる電流がセンス抵抗に乗ら
ず、定電流電源に影響を与えず、より精密な定電流駆動
を行えると言う相違がある。
【図面の簡単な説明】
第1図・・・従来のパルスモータの定電流駆動回路の一
例を示す結線図、 第2図(a)(b)・・・従来例の電流の流れを示す説
明図、第3図・・・従来例のA、入相のオン・オフに対
応して流れるコレクタ電流のオシログラフ、第4図・・
・従来例のトルクベクトル図。 第5図・・・モータコイルにおける従来の電流の流れを
説明する結線図、 第6図(a)・・・従来回路におけるコレクタ・エミッ
タ電圧とコレクタ電流の関係を示すグラフ、 第6図(b)・・・第6図(a)におけるスイッングト
ランジスタ部分のコレクタ電流とコレクタ・エミッタ電
圧との関係を示す説明図、 第7図・・・トランジスタにおけるコレクタ・エミッタ
電圧とコレクタ電流の関係を示すASOグラフ、 第8図・・・第1発明の一実施例の結線図、第9図・・
・モータコイルにおける本発明の電流の流れを説明する
結線図、 第10図(a)・・・本発明におけるスイッチングトラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ電圧とコレクタ電流並び
に電流回生用ダイオードの電圧とこれに流れる回生電流
の関係を示すオシログラフ、 第10図(b)(a)・・・第9図におけるスイッチン
グトランジスタ並びに電流回生用ダイオード部分の結線
図、 第11図(a)・・・従来回路のモータコイルの相間波
形を示すオシログラフ、 第11図<b)・・・本発明回路のモータコイルの相間
波形を示すオシログラフ、 第12図・・・第2発明の一実施例の結線図。 (1)・・・定電流電源 (2)・・・ユニポーラ駆動巻線スイッチング回路(E
、)・・・直流電源   (Q)・・・半導体チョッパ
(1,)・・・リアクトル   (M)・・・パルスモ
ータ(ML)・・・モータコイル (D、)〜(D、)・・・トランジスタ損失低減用ダイ
オード(OS)・・・電流回生用ダイオード (Try)〜(Tr4)・・・スイッチングトランジス
タ(R)・・・センス抵抗 (D F)・・・フライホイルダイオード(C)・・・
平滑コンデンサ (ZD、)〜(20,)・・・ツェナーダイオード(i
)・・・電流 (Yes)・・・ベース・コレクタ電圧(Wcg)・・
・コレクタ・エミッタ電圧(VB)・・・ベース・エミ
ッタ電圧 (Vz)・・・ツェナー電圧 (iz>・・・ツェナー電流 (1c)・・・コレクタ電流 (F^)・・・起電力によるトルクベクトル(V Iり
・・・起電力 (T)・・・時間      (α)・・・比例定数(
CON)・・・00M端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直流電源の出力を制御する半導体チョッパと、半
    導体チョッパに直列接続されたリアクトルとを備えた定
    電流電源に、固定子巻線がバイファイラ巻きとなぅでい
    るパルスモータのモータコイルをオンオフ制御するため
    のユニポーラ駆動巻線スイッチング回路を直列接続した
    パルスモータの定電流駆動回路においで、リアクトルの
    出力から半導体チョッパの入力に向けで電流回生用グイ
    オードを並列接続すると共にユニポーラ駆動巻線スイッ
    チング回路のスイッチングトランジスタのエミッタから
    コレクタに向けてトランジスタ損失低減用ダイオードを
    並列接続した事を特徴とするパルスモータの定電流駆動
    回路。
  2. (2)直流電源の出力を制御する半導体チョッパと、半
    導体チョッパに直列接続されたリアクトルとを備えた定
    電流電源に、固定子巻線がバイファイラ巻きとなってい
    るパルスモータのモータコイルをオンオフ制御するため
    のユニポーラ駆動巻線スイッチング回路を直列接続する
    と共にユニポーラ駆動巻線スイッング回路の出力にセン
    ス抵抗を直列接続したパルスモータの定電流駆動回路に
    おいて、リアクトルの出力から半導体チョッパの入力に
    向けて電流回生用ダイオードを並列接続すると共にセン
    ス抵抗の出力からユニポーラ駆動巻線スイッチング回路
    のスイッチングトランジスタのコレクタに向けてトラン
    ジスタ損失低減用ダイオードを並列接続した事を特徴と
    するパルスモータの定電流駆動回路。
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JPH03127500U (ja) * 1990-04-04 1991-12-20

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