JPS63190591A - ブラシレスモ−タ - Google Patents

ブラシレスモ−タ

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JPS63190591A
JPS63190591A JP62022217A JP2221787A JPS63190591A JP S63190591 A JPS63190591 A JP S63190591A JP 62022217 A JP62022217 A JP 62022217A JP 2221787 A JP2221787 A JP 2221787A JP S63190591 A JPS63190591 A JP S63190591A
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voltage
drive
circuit
transistor
coil
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Hiroshi Iwai
広 岩井
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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、ビデオテープレコーダのキャプスタン等を駆
動するのに用いられるブラシレスモータに関する。
(従来の技術) 第9図には従来の3相ブラシレスモータが示されており
、ロータlと3相駆動コイル2とを備えている。ロータ
lにはN及びS極が交互に位置するように着磁されてい
るロータ磁石が取付けられ、その近傍にはロータ位置を
検出するための3個の位置検出器3が配されている。各
位置検出器3は論理回路4に接続され、論理回路4の出
力側には駆動回路5が接続されている。そして、駆動回
路5の出力側に駆動コイル2を構成している星形結線の
各相コイルU、V、Wが接続されている。
かかる構成の3相ブラシレスモータにおいて、各位置検
出器3はロータ1のロータ磁石を検出すると、それぞれ
120度の位相差を有する位置信号3a−3cを出力す
る。これらの位置信号Sa〜Scは論理回路4にて処理
され、この論理回路4より選択信号SSが出力される。
従って、駆動回路5はこの選択信号に基づいて各相コイ
ルU、v、Wに選択的に駆動電流を供給するので、各相
コイルU、V、Wの磁束とロータ磁石の界磁磁束とが鎖
交してロータ1にトルクが発生し、ロータ1が回転する
(発明が解決すべき問題点) ところで、上記位置検出器3としては、通常、ホール素
子が用いられている。しかし、ホール素子は非常に高価
な上にその設置スペースを確保しなければならない。ま
た、ホール素子はバイアス用の一対の入力端子と位置信
号出力用の一対の出力端子とを有しているので、多数の
リード線を配線するスペースも確保する必要がある。こ
のため、ブラシレスモータが高価になってしまう上にそ
の小型化に限界が生じてしまう。更に、ホール素子は温
度によって特性が大きく変化するので、温度変化の激し
い場所ではブラシレスモータの動作が不安定になってし
まう欠点がある。
このような欠点を防止するために、位置検出器を用いず
に駆動回路を駆動制御する構成のブラシレスモータ(特
公昭50−4242号公報等参照)が提案されている。
即ち、このブラシレスモータは、駆動コイルの各相コイ
ルに発生する逆起電力がロータの回転位相と一致してい
る点に着目したもので、各相コイルの端子電圧を抵抗等
のインピーダンス素子にて適宜合成してロータの回転位
相を検知し、これにより駆動回路より各相コイルに駆動
電流を選択的に供給している。しかし、この種のブラシ
レスモータでは、各相コイルへ供給する駆動電流のレベ
ルが変動した場合駆動電流の供給タイミングが変化する
ため、回転効率が低下したり、トルクリップルが増加し
てロータに大きな回転むらが生じてしまう他の欠点が免
れない。
本発明は、このような点を解決するためになされたもの
で、駆動コイルの各相コイルの降下電圧を再生すると共
にこの再生電圧と各相コイルの端子電圧とを合成して各
相コイルで発生する逆起電力のみを取り出し、各逆起電
力に基づいて駆動回路に選択信号を送給する構成のブラ
シレスモータを提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 第1図は本発明の構成を示すブロック図であり、lはロ
ータ磁石を備えるロータを示している。2は駆動コイル
であり、図では星形結線されている3相のコイルU、V
、Wを含んでいる。6は電圧降下再生回路を示し、それ
ぞれの出力側には合成回路7が接続されている。各電圧
降下再生回路6は各相コイルU、V、Wの抵抗分による
降下電圧を再生して再生電圧Vu、Vv、Vwをそれぞ
れ出力する。合成回路7はこれら再生電圧Vu、Vv、
Vwと各相コイJlzU、v、W(7)端子電圧とを合
成し、各相コイルU、V、Wに発生する逆起電力Pu、
Pv、Pwのみを選択処理回路8に出力する。選択処理
回路8は逆起電力P u、Pv、Pwに基づいて選択信
号Ssを駆動回路9に出力する。駆動回路9は選択信号
Ssの入力で各相コイルU、V、Wに選択的に駆動電流
を供給する。
(作用) 駆動回路9より各相コイルU、V、Wに選択的に駆動電
流を供給すると、各相コイルU、V、Wに逆起電力とそ
の抵抗分による降下電圧が重畳された端子電圧が発生す
る。一方、各電圧降下再生回路6は駆動電流を検知して
各相コイルU、V、Wの降下電圧Vu、Vv、Vwを再
生する。従って、合成回路7は、各相コイルU、V、W
の端子電圧と降下電圧Vu、Vv、Vwとを合成し、逆
起電力Pu、Pv、Pwのみを確実に出力するので、選
択処理回路8より駆動回路9に選択信号が供給される。
よって、ホール素子等の位置検出器を用いずにロータ1
を安定的に回転させることができる。
(発明の実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
本発明に係るブラシレスモータは、第2図に示すように
、ロータl及び駆動コイル2を備えている。ロータlに
はN及びS極が交互に着磁されているロータ磁石が取付
けられている。駆動コイル2は3相のコイルU、V、W
を含み、各相コイルは各駆動回路10+−to3の出力
側にそれぞれm続されている。各駆動回路10+ 〜1
03は、第3図に示すように、駆動トランジスタQ1、
Q2を有している。トランジスタQ1のエミッタは電源
端子11a(正極)に接続され、そのコレクタに駆動ト
ランジスタQ2のコレクタが接続されている。駆動トラ
ンジスタQ2のエミッタは電源端子11b (負極)に
接続されている。駆動トランジスタQ1.Qzはそれぞ
れ正方向及び負方向に駆動コイル2のコイルU(又はV
又はW)に駆動電流Iaを供給する。駆動トランジスタ
Q1のベースは抵抗R7を介して制御端子12aに接続
され、駆動トランジスタQ2のベースは抵抗R2を介し
て制御端子12bに接続されている。
各駆動回路10.〜103は、第3図に示すように、電
圧降下再生回路13を含んでいる。この電圧降下再生回
路13は、電源端子11aにエミッタが接続されている
検出トランジスタQ3と、電源端子11bにエミッタが
接続されている検出トランジスタQ4とを有している。
これら検出トランジスタQ3 、Q4のベースは駆動ト
ランジスタQ+ 、Q2のベースに共通に接続され、検
出トランジスタQ3のコレクタには他のトランジスタQ
7のコレクタ及びベースが接続されている。このトラン
ジスタQ7のエミッタは電源端子11bに接続され、そ
のベースにはトランジスタQ8のベースが接続されてい
る。トランジスタQ8のエミッタは電源端子llbに接
続され、そのコレクタは出力端子14に接続されている
また、検出トランジスタQ4のコレクタには他のトラン
ジスタQ5のコレクタ及びベースが接続され、このトラ
ンジスタQ5のエミッタは電源端子11bに接続されて
いる。トランジスタQ5のベースにはトランジスタQ6
のベースが接続すれ、このトランジスタQ6のエミッタ
及びコレクタは電源端子11aと出力端子14にそれぞ
れ接続されている。尚、トランジスタQsとQ6及びQ
7とQ8はそれぞれカレントミラー回路を構成している
出力端子14には検出抵抗器15の一端が接続され、検
出抵抗器15の他端はボルテージフォロワ構成の増幅器
16の出力側に接続されている。
増幅器16の入力側は駆動トランジスタQ1、Q2のコ
レクタ間に接続され、これらコレクタ間には駆動コイル
2のコイルU (V、W)が接続されている。
各駆動回路10.−10.の出力端子14には、第2図
に示すように、電圧比較器171〜173の入力側が接
続されている。電圧比較器17+ の出力側にはAND
ゲー)18+、18aの入力端子とANDゲート184
.185の反転入力端子とがそれぞれ接続されている。
また、電圧比較器172の出力側にはANDゲート18
2.184の入力端子とANDゲート181.185の
反転入力端子とがそれぞれ接続されている。更に、電圧
比較器173の出力側にはANDゲート183.18s
の入力端子とANDゲート182.186の反転入力端
子とがそれぞれ接続されている。そして、ANDゲーZ
a+、182.183の各反転出力は駆動回路101〜
lO3の各制御端子12aに接続され、ANDゲート1
84,18s、18sの各出力は駆動回路10+ 〜1
03の各制御端子12bに接続されている。
ところで、トランジスタのコレクタ電流Icはベース・
エミッタ間電圧Vbeによって次式のように変化する。
Ic=  α 拳 I  s  @ ilage  (
Vbe  @ q/KeT)・・・・・・(1) 但し、α:電流到達率、■S:暗電流、q:電子の電荷
、K:ポルツマン定数、T:絶対温度である。
上記(1)式において、電流到達率αは概略1であり、
暗電流Isはトランジスタの有効エミッタ面積に比例す
る。従って、ベース及びエミッタが相互に共通に接続さ
れた二つのトランジスタは同一のベース争エミッタ電圧
Vbeが印加されるので、それぞれのコレクタ電流をI
c、、Icz、エミッタ面積をAe+、Ae2とすると
、次式の関係が生じる。
I C2/I C+ =Aez /Ae+ +++++
 (2)即ち、コレクタ電流比はエミツタ面積比と等し
くなる。
さて、上記駆動トランジスタQ1、Q2と検出トランジ
スタQ3 、Q4はベース及びエミッタが相互に共通に
接続され、かつ駆動トランジスタQ1のエミッタ面積と
検出トランジスタQ3のエミッタ面積、及び駆動トラン
ジスタQ2のエミッタ面積と検出トランジスタQ4のエ
ミッタ面積は100:1にそれぞれ設定されている。従
って、駆動トランジスタQ1にコレクタ電流Ipが流れ
ると、検出トランジスタQ3にはIp/100のコレク
タ電流が流れ、又駆動トランジスタQ2にコレクタ電流
Inが流れると、検出トランジスタQ4にはI n /
 100のコレクタ電流が流れる。一方、上記検出抵抗
器15は各相コイルU、V、Wの抵抗性Raに対して1
00倍の抵抗値100Raに設定されている。
次に、本発明のブラシレスモータの動作を説明する。
先ず、駆動回路10+ の駆動トランジスタQ1.Q2
が駆動されると、コレクタ電流Ip、Inがそれぞれ流
れ、これらコレクタ電流Ip、Inの差が駆動電流Ia
として駆動コイル2のコイルUに供給される。コイルU
はRaの抵抗性を有しているので、次式のように電圧降
下が生じる。
(I  p−I  n)*Ra=Ia*Ra・−・ (
3)従って、コイルUには第4図の(a)で示すように
、駆動コイル2の中点電位Voを基準にして逆起電力E
aに抵抗性Raによる降下電圧(Ia・Ra)が重畳さ
れた波形の端子電圧Vtが発生する。
また、駆動トランジスタQ1.Q2にコレクタ電流Ip
、Inが流れると、検出トランジスタQ3.Q4にはI
p/100とIn/100(7)コレクタ電流が流れる
。一方、トランジスタQ7、QsとQs、Qsはカレン
トミラー回路を構成しているので、トランジスタQ8に
は検出トランジスタQ3のコレクタ電流Ip/100と
同一のコレクタ電流が流れ、トランジスタQ6には検出
トランジスタQ4のコレクタ電流In/100と同一の
コレクタ電流が流れる。そして、これらトランジスタQ
s、Qaの差電流は検出抵抗器15に流れる。従って、
検出抵抗器15の降下電圧はその抵抗値をRsとすると
次式のように示される。
(I  n/l 00−I p/ 100)  +1R
s・−(4)ところで、検出抵抗器15はコイルUの抵
抗性Raの100倍の抵抗値を有しているので、上記(
4)式は次のようになる。
(I n/ l 00−I p/ l 00) ψ10
0Ra=  (I  n −I  p)  −Ra= 
 (5)従って、検出抵抗器15は(3)式から明らか
なように、コイルUでの降下電圧と同一の電圧が再生電
圧Vsとして発生する(第4図の(b)参照)。
一方、検出抵抗器15の一端はボルテージフォロワ構成
の増幅器16の出力側に接続されているので、この検出
抵抗器15による再生電圧vSとコイルUの端子電圧V
tとが合成される。従って、次式で示すように出力端子
14には電圧Vuが出力される。
Vu=Vt +Vs= (Vo +Ea+I as R
a)+ (I n−I p) 11Ra = (Vo +Ea+Ia*Ra)−Ia*Ra= V
o + E a・・・・・・(6)つまり、この電圧V
uは第4図の(C)に示すように、コイルUの逆起電力
である。
以下、同様に他の相コイルV、Wに接続されている出力
端子14にも、第5図の(a)で示すように、逆起電力
Vv、Vwが120度の位相差で出力される。
次に、これらの逆起電力Vu、Vv、Vwは電圧比較器
171〜17zに入力される。電圧比較器171は逆起
電力Vuが同Vwよりも大きいと、第5図の(b)に示
すように、rHJを出力する。電圧比較器172は逆起
電力Vvが同Vuよりも大きいと、同図(C)に示すよ
うに、「H」を出力する。電圧比較器173は逆起電力
Vwが同Vvよりも大きいと、同図(d)に示すように
、rHJを出力する。
従ッテ、ANDゲート18.は、同図(e)に示すよう
に、電圧比較器171が「H」、同172がrLJでr
LJの選択信号を出力する。
ANDゲート182は同図(f)に示すように、電圧比
較器172が「H」、同173がrLJで「L」の選択
信号を出力する。ANDゲート18、は、同図(g)に
示すように、電圧比較器17+が「L」、同173がr
HJで「L」の選択信号を出力する。また、ANDゲー
ト184は同図(h)に示すように、電圧比較器171
が「L」、同172がrHJでrHJの選択信号を出力
する。ANDゲート18sは同図(i)に示すように、
電圧比較器172が「L」、同173が「H」でrHJ
の選択信号を出力する。ANDゲート18eは、同図(
j)に示すように、電圧比較器173が「LJ、同17
+がr14JでrHJの選択信号を出力する。
そして、ANDゲート18+の選択信号rLJが駆動回
路10.の制御端子12aに入力されている間ANDゲ
ー)18sの選択信号「H」が駆動回路103の制御端
子12bに入力されると、第5図の(k)、(m)に示
すように、コイルU、Wにこの順で駆動電流Iaが供給
される。
よって、ロータlに合成トルクが発生する。
また、ANDゲート18sの選択信号rHJが出力され
ている間ANDゲー)182の選択信号「L」が出力さ
れると、同図(立)、(m)に示すように、コイルV、
Wにこの順に駆動電流Iaが供給され、ANDゲー)1
8zの選択信号「L」が出力されている間ANDゲート
184の選択信号rHJが出力されると、コイルV、U
にこの順に駆動電流Iaが供給される。更に、ANDゲ
ート18aの選択信号「H」が出力されている間AND
ゲート183の選択信号「L」が出力されると、コイル
W、tJの順に駆動電流が供給され、ANDゲート18
3の選択信号rLJが出力されている間ANDゲー)1
8sの選択信号rH1が出力されると、コイルW、■の
順に駆動電流Iaが供給される。
従って、ホール素子等の位置検出器を用いずにロータ1
を回転駆動させることができる。
上記実施例のように電圧比較器171〜173を用いる
と、ロータlを低速回転させた場合に駆動コイル2の逆
起電力が小さくなってもロータlを確実に回転駆動する
ことができる。
尚、E記実施例では、駆動トランジスタQ1、Q2及び
検出トランジスタQ3 、Q4のコレクタ出力により駆
動電流Iaを検知しているが、第6図に示すように、エ
ミッタ出力により駆動電流Iaを検知してもよいのは勿
論である。
第7図には本発明の他の実施例が示されている。即ち、
この実施例では逆起電力Vu、Vv、Vwを出力する各
駆動回路10.〜103の出力端子14をバッファ19
.〜193を介してNPNトランジスタ201〜203
のベースに接続すると共にPNPトランジスタ21+〜
213のベースに接続しており、三差動回路より成る簡
単な構成の選択処理回路を備えている。NPN)ランジ
スタ201〜203の各コレクタは各駆動回路10.〜
103の制御端子12aに接続され、PNP)ランジス
タ211〜213の各コレクタは各駆動回路10+〜1
0.の制御端子12bに接続されている。
この実施例でも逆起電力Vu、Vv、Vwが、第5図の
(a)で示すように、120度の位相差で生じた場合同
図の(e)〜(j)に示すように選択信号が各駆動回路
10+〜103に供給される。そして、これら選択信号
は徐々に変化するので、駆動電流Iaの切り換え供給を
連続的に変化させて行うことができる。従って、ロータ
lの振動の発生が少ないので、高速回転時でも騒音レベ
ルを比較的低く抑えることができる。
第8図には本発明の更に他の実施例が示されている。こ
の実施例では3相半波駆動回路に電圧降下再生回路と合
成回路が組み込まれている。即ち、駆動トランジスタQ
1のベース及びエミッタに検出トランジスタQ3のベー
ス及びエミッタが共通に接続され、これらベースにトラ
ンジスタ221〜223の各コレクタが接続されている
。これらトランジスタ22.〜223はエミッタが共通
に接続されて選択信号入力用のトランジスタ23のコレ
クタに接続されている。このトランジスタ23のベース
には制御トランジス、り24のコレクタが接続されてい
る。検出トランジスタQ3のコレクタにはトランジスタ
Q6と共にカレントミラー回路を構成しているトランジ
スタQ5のコレクタが接続されている。そして、トラン
ジスタ22.〜223の各ベースとコイルU、V、Wの
一端には検出抵抗器15がそれぞれ接続されている。
この実施例において、駆動トランジスタQ1のエミッタ
面積をAe+ 、検出トランジスタQ3のエミッタ面積
をAez とすると、これらの比Ae+/Aezをαと
おくことができ、検出抵抗器15の抵抗値はコイルU 
(V、W)の抵抗性をRaとした場合(α−1)Raに
設定されている。また、駆動トランジスタQ、のコレク
タ電流をIoとすると、駆動電流1aは次式のようにな
る。
I a=Io−IO/α= ((X−1)Io /a・
・・(7) また、検出トランジスタQ3による検出電流はIo/α
となる。従って、検出抵抗器15の再生電圧Vsは次式
のようになる。
VS=IO/am (α−1)Ra =((α−1)/α)・工o11Ra = I a * Ra・・−−−−(8)よって、コイ
ルU (V、W)の端子電圧Vtは逆起電力Eaと降下
電圧(Ra*Ia)の和なので、出力端子14からはV
t−Vs=Ea+Ra・Ia−Ia・Ra=E aが出
力される。この結果、この逆起電力Eaを選択処理回路
に供給することで、ホール素子等の位置検出器を用いず
にロータを回転駆動することができる。
尚、本発明は星形結線している駆動コイルを有する3相
以上のブラシレスモータに適用できる。
(発明の効果) 本発明によれば、電圧降下再生回路により駆動コイルの
各相コイルの降下電圧を再生し、この再生電圧と各相コ
イルの端子電圧とを合成回路にて合成して各相コイルで
発生する逆起電力を得、この逆起電力に基づいて選択処
理回路により選択信号を駆動回路に供給するようにした
ので、ホール素子等の位置検出器を用いずに駆動コイル
に駆動電流を選択的に供給することができる。従って、
小型で組み立てが容易な上に安価でありながら耐温度特
性が優れ、しかもロータに殆んど回転むらの生じること
のないブラシレスモータを提供することができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図及び第
3図は本発明に係る3相ブラシレスモータの全体構成図
と要部の回路構成図、第4図は本発明に係る発生電圧の
波形図、第5図は第1図のブラシレスモータの動作を説
明するタイミングチャート、第6図は第2図に示すブラ
シレスモータの要部の変形例を示す図、第7図及び第8
図は本発明の他の実施例をそれぞれ示す図、第9図は従
来のブラシレスモータの概略図である。 2・・・駆動コイル、 U、V、W・・・各相コイル、 iot 〜103・・・駆動回路、 12a、12b・−制御端子、 13・・・電圧降下再生回路、 14・・・出力端子、 15・・・検出抵抗器、 16・・・増幅器、 171〜173・・・電圧比較器、 18、  〜18e  ・・・ AND  ゲ − ト
 。 第1図 第2図 8、 第3図 第4図 ≦’r、55−+ ス6°と。 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数相の駆動コイルと、該駆動コイルの各相コイル
    に駆動電流を選択的に供給する駆動回路とを備えるブラ
    シレスモータにおいて、前記各相コイルの降下電圧を再
    生して再生電圧を出力する電圧降下再生回路と、前記再
    生電圧と前記各相コイルの端子電圧とを合成して該各相
    コイルで発生する逆起電力を出力する合成回路と、前記
    逆起電力に基づいて選択信号を前記駆動回路に供給する
    選択処理回路とを含むことを特徴とするブラシレスモー
    タ。 2、該電圧降下再生回路は該駆動回路を構成する駆動ト
    ランジスタにベース及びエミッタ相互が共通に接続され
    、かつ該駆動トランジスタのエミッタ面積に対して所定
    比率のエミッタ面積を有する検出トランジスタと、該各
    相コイルの抵抗分に対応した抵抗値を有し、該検出トラ
    ンジスタの検出電流に応じて該再生電圧を発生する検出
    抵抗器とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載のブラシレスモータ。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS51100216A (ja) * 1975-03-03 1976-09-04 Hitachi Ltd

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS51100216A (ja) * 1975-03-03 1976-09-04 Hitachi Ltd

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