JPS637161A - ブラシレスモ−タ - Google Patents

ブラシレスモ−タ

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JPS637161A
JPS637161A JP15055686A JP15055686A JPS637161A JP S637161 A JPS637161 A JP S637161A JP 15055686 A JP15055686 A JP 15055686A JP 15055686 A JP15055686 A JP 15055686A JP S637161 A JPS637161 A JP S637161A
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JP
Japan
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magnetic core
magnetic
coil
brushless motor
rotor
Prior art date
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Application number
JP15055686A
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English (en)
Inventor
Kaneo Mori
佳年雄 毛利
Hiroyuki Amano
天野 弘幸
Tomoaki Nishimura
登茂昭 西村
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ロータの回
転位置により、ステータの通電を閉ループ制御する自制
式ブラシレスモータに関する。
(従来の技術) ブラシレスモータは、永久磁石のロータと、ロータの周
囲に配置された複数の電磁石を主体としてなり、電磁石
の通電を制御して回転する磁界を発生し、ロータを回転
している。このモータは、ブラシや整流子などの摺動部
分がないので2日常の保守が容易であり、また、摺動に
よる電磁ノイズを発生することもない。
自制式ブラシレスモータ(以下、単にブラシレスモータ
という)は、ロータの回転位置を検出して、該検出位置
に応じて電磁石の通電を制御している。従来のブラシレ
スモータには、ロータリスイッチをロータに結合して、
スイッチのオン/オフによりロータの回転位置を検出す
るものや、光源と光学センサを備えて、所定の透光部(
または反射部)と遮光部(または無反射部)を有する光
学部材をロータに結合し、該光学センサのオン/オフに
よりロータの回転位置を検出するもの、あるいは、ロー
タに近接してホール素子を配設し、磁気の変化によりロ
ータの回転位置を検出するものなどがある。
(発明が解決しようとする問題点) 上記ロータリスイッチを使用したブラシレスモータは、
それ自体が回転時に摺動するので、前記「摺動部分がな
く保守が容易である」というブラシレスモータの特徴を
損なうものとなっている。。
また、光学センサやホール素子は、非接触の検出素子で
あるので、たしかに、前記「摺動部分がなく保守が容易
である」というブラシレスモータの特徴を充分に活かす
ことができる。しかしながら、これらの素子は耐熱性や
温度変化に対する安定性が低いため、これらの素子を使
用したブラシーレスモータを、高温雰囲気中1例えば、
エンジンの発熱がある車輌のエンジンルームに配置する
場合には、さらにモータ自体の発熱も加わるので、高温
が原因で誤動作したり、故障したりすることがあった。
本発明は、充分な温度安定性や耐熱性を有する、信頼性
の高いブラシレスモータを提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため1本発明においては、アモルフ
ァス合金の磁芯部材、および、該磁芯部材に巻回された
コイル部材を含み、磁芯部材の受ける外部磁気に応じた
電気信号を発生する、磁気検出手段により、ロータ部材
の回転位置を検出するものとする。
(作用) アモルファス合金の多くの特徴として、透磁率が高いこ
と、′11気抵抗率が高く磁束変化が高速であること、
温度変化に対する磁気特性の変化が小さいこと比較的高
温(約200℃)まで使用できること、零磁歪の合金は
モータの機械振動などの応力に対して磁気特性が変化し
ないこと、強靭弾性体であることなどを挙げることがで
きる。したがって、アモルファス合金を使用した磁気検
出手段を備える本発明のブラシレスモータは、充分な耐
熱性と温度安定性を有するものとなる。例えば、磁気検
出手段を、実質的に2つのアモルファス合金の磁芯部材
、および、それぞれの磁芯部材に巻回されたコイル部材
を使用して、磁気マルチバイブレータ形式の自己発振回
路(第1表ではアモルファス磁気センサと表記している
)とした場合の温度特性を、ホール素子と対比して次の
第1表に示す。
第    1    表 つまり、使用温度範囲が充分に広く、かつ温度変化が少
なくて安定した磁気検出手段となり、該検山手段を備え
ることにより、充分な耐熱性を有し、信頼性の高いブラ
シレスモータとなる。
本発明の他の目的および特徴は、以下の図面を参照した
実施例説明より明らかになろう。
(実施例) 第1図に、本発明の1実施例の機構部概要を、第2図に
第1図の■−■線断面図を、それぞれ示す。第1図を参
照すると、永久磁石1は、シャフト2に固着されてロー
タを形成している。シャフト2は、−方がボールベアリ
ング3aを介してブラケット6により、他方がボールベ
アリング3bを介してブラケット6と螺合されているケ
ース7により、回動自動に支持されている。永久磁石1
は、円筒状であり、第2図に示すように、ラジアル方向
に8極に着磁されている。
ケース7には、6個の歯を有するステータ磁芯4が固着
されている。ステータ磁芯4の各歯は、円周を6等分す
るように永久磁石1と対向し、反対側は一体となってい
る。このステータ磁芯4は。
積層鉄板に粉体コーティングを施して絶縁したものであ
り、各歯にはステータコイルが巻回されている。各ステ
ータコイルは1回動中心に対して対称の位置に巻回され
ているもの同志が対になっており、したがって3組ある
。ここでは、各組のステータコイルをそれぞれ、Lu、
Lv、Lwと称するものとする。第1図にはステータコ
イルLuの断面が現われている。
ケース7底部(第1図の左側)には・基板5が螺着され
ている。基板5の所定位置には貫通孔が穿設されており
、そこには樹脂モールドされた検出ヘッドが熱カシメ(
樹脂モールドの突起部を該貫通孔に挿入し、その頭を熱
と圧力により変形させて固着させる方法)されて備わっ
ている。ケース7底部の所定の位置には、基板5の貫通
孔に対応する貫通孔が穿設されており、検出ヘッドは該
貫通孔に進入して永久磁石1に対向している。第2図に
示すように、検出ヘッドはHu、Hv、Hwの3組であ
り、それぞれ正三角形の頂点に相当する位置で、検出ヘ
ッドHuはステータコイルLuに、検出ヘッドHvはス
テータコイルLvに、検出ヘッドHwはステータコイル
Lwに、それぞれ対応付けされて配設されている。ステ
ータコイルLu。
Lv、Lwおよび、検出ヘッドHu、Hv、Hwの配置
および結線態様を平面に展開して第3図に示す。前述の
ように、ステータコイルL u HL V +Lwは、
回動中心に対して対称の位置に振分けられているので、
検出ヘッドHu、Hv、Hwは、ちょうどステータ磁芯
4の各歯を1つ置きに配設される形となる。第1図には
、検出ヘッドHuの断面が現われている。
ステータコイルLu、Lv、Lwおよび、検出ヘッドH
u、Hv、Hwの結線は基板5上でなされ、そこからリ
ード線9により次に述べる検出回路およびドライバDR
Vに接続されている。なお、基板5は、防塵用のゴムキ
ャップ8により覆われている。
第4図に、検出ヘッドHuおよび検出回路Suよりなる
磁気センサAuの電気回路構成を、第5図に検出ヘッド
Huの巻線モデルをそれぞれ示す。
まず、第5図を参照すると、検出ヘッドHuは、アモル
ファス合金(本実施例では、アライド社製Met、gl
asを使用)を所定温度でアニールした。零磁歪のワイ
ヤの磁芯M Cu 1 、 M Cu 2および、各磁
芯に巻回したコイルC1ul 、C1u2でなる。磁芯
MCulおよびM 9 u 2は、長さが約3mm、直
径が約(j、1mmであり、コイルC1ulおよびC1
u2を含めて、2本併せてもG a A sホール素子
よりも小さい。コイルC1ulおよびC1u2は、−端
で接続され、そこから、互いに逆向きに同数だけ巻回さ
れている。
第4図を参照すると、検出回路Suは、スイッチングト
ランジスタTri、Tr2.転流抵抗Rbl、 Rb2
゜転流コンデンサCbl、Cb 2.平滑コンデンサC
LI。
Cu2.ダミー抵抗RL 1 、 RL 2 、および
可変抵抗VRより構成されて、いる。トランジスタTr
iのコレクタには検出ヘッドHuのコイルC1ulの前
記他端(コイルC1u2と接続されていない端子)が。
トランジスタTr2のコレクタには検出ヘッドHuのコ
イルC1u2の前記他端(コイルC1ulと接続されて
いない端子)が、それぞれ接続され、コイルC1ulお
よびコイルC1u2が接続されている端子に直流電源+
Eが印加されて、磁気マルチバイブレータ形式の磁気セ
ンサAuが構成される。
第6a図、第6b図および第6c図の波形図を参照して
、磁気センサAuの動作を説明する。なお、以下の動作
説明において、 eLl:コイルC1ulの端子間電圧(矢印方向を正と
する) eL2:コイルC1u2の端子間電圧(矢印方向を正と
する) e81:ダミー抵抗RL 1の端子間電圧(矢印方向を
正とする) e8□:ダミー抵抗RL2の端子間電圧(矢印方向を正
とする) Eout、:出力電圧(絶対値) 11:コイルC1ulに流れる励磁電流11:コイルC
1u2に流れる励磁電流H1:コイルC1ulに発生す
る励磁磁界H2:コイルC1u2に発生する励磁磁界φ
1:磁芯MCυ1に発生する磁束 φ2:磁芯MCu2に発生する磁束 Hex:外部磁界 N:コイルC1ulおよびC1u2の巻線数Q:磁芯M
 Cu 1およびMCu2の磁路長t:時間 とする。
コイルC1ulに発生する励磁磁界H1は。
H1=N−i 1 / Q   ・・・・(1)コイル
C1u2に発生する励磁磁界H2は、H2=N−i2/
12   ・・・・(2)となる。この励磁界H1によ
り磁芯MCulに発生する磁束φ1と励磁電流11の関
係を第6a図のグラフに、この励磁界H2により磁芯M
Cu2に発生する磁束φ2と励磁電流12の関係を第6
b図のグラフに、それぞれ示した。磁芯M、 Cu 1
および磁芯MCu2には、外部磁界Hexが印加された
場合は、外部磁気Hexでバイアスされた状態で磁束を
生ずるが、コイルC1ulとC1u2とは互いに逆向き
に巻回されているので、電流モード(外部磁界Hexを
励磁電流に換算したモード)で見ると、異符号で作用す
る。それらを第6a図および第6b図に記入している。
一方、磁気センサAuにおいて、e R1< 6 L 
1および、aR2(6L2となるようにダミー抵抗RL
 1およびRL2が設定されているので、トランジスタ
Triがオンのときは、et−tミE、トランジスタT
r2がオンのときは、IBL2EEとなる。
したがって、トランジスタTrlがオンのとき、磁芯M
 Cu 1の磁束の変化分Δφ1は、Δφl:E−t/
N   ・・・・(3)トランジスタTr2がオンのと
き、磁芯MCu2の磁束の変化分Δφ2は。
Δφ2 =E−t/N   ・・・・(4)となり、と
もに時間tに比例する。
つまり、第6c図は時間軸を同じにした多元グラフであ
るが、グラフaおよびグラフbに示すようにトランジス
タTriおよびTr2がオンのとき、磁束φ1およびφ
2は線形に変化する。ここで、グラフaが正側に、グラ
フbが負側にシフトしているのは、外部磁界Heχによ
り磁気バイアスが加えら九でいるからである。
そこで、第6a図のグラフより、磁束φ1を変数として
励磁電流11を求めると(逆関数)、第6C図のグラフ
Cで示した波形が得られ、磁束φ2を変数として励磁電
流12を求めると(逆関数)、グラフdで示した波形が
得られる。epttの波形は励磁電流11の波形(グラ
フC)とほぼ相似となるが、Triがオンとなる瞬間に
、転流コンデンサCb2の電荷がTriのベースを通っ
て放電するので、この放電電流による電圧降下を加算し
た波形となる。それをグラフeに示した。また、同様に
、EIR2の波形は励磁電流12の波形(グラフd)と
ほぼ相似となるが、Tr2がオンとなる瞬間に。
転流コンデンサCblの電荷がTr2のベースを通って
放電するので、この放電電流による電圧降下を加算した
波形となる。それをグラフfに示した。
出力電圧E outは、eRlとeR2の差電圧を平滑
したものとなるので、グラフgに示すように、外部磁界
Hexに比例した直流電圧となる。この場合、外部磁界
Hexが無いときの出力電圧が零となるように可変抵抗
VRを調整する。
すなわち、検出ヘッドHuは、前述のように永久磁石1
に近接して配置されるので、永久磁石1による外部磁界
を受け、磁気センサAuは永久磁石1の回転に応じて変
化する電圧を出力する。
図示しないが、検出ヘッドHvを含む磁気センサAvお
よび、検出ヘッドHwを含む磁気センサAwについても
上記と全く同じ構成になっており、それぞれ、永久磁石
1の回転に応じて変化する電圧を出力する。ただし、検
出ヘッドHu、HvおよびHwの設置部位が、第2図に
示したようにそれぞれ異なるので、磁気センサAu、A
vおよびAwの出力波形の位相は、それぞれ異なるもの
となる。
第7図は、本実施例の電気回路構成を示すブロック図で
ある。第7図を参照すると、磁気センサAUの2つの出
力端子がそれぞれドライバDRVのピン17および16
に、磁気センサAvの2つの出力端子がそれぞれドライ
バDRVのピン15および14に、磁気センサAwの2
つの出力端子がそれぞれドライバDRVのピン13およ
び12に、接続されている。ドライバDRVのピン4お
よび5は短絡されてステータコイルLuの一端に、ドラ
イバDRVのピン6および7は短絡されてステータコイ
ルLvの一端に、ドライバDRVのピン8および9は短
絡されてステータコイルLwの一端に、接続されている
。ステータコイルLu、ステータコイルLvおよびステ
ータコイルLwの他端は接続されてY結線になっている
。ドライバDRVのピン18にはロータ(永久磁石1お
よびシャフト2の組体)の正転(CW)/逆転(CCV
)を指示するスイッチSWが接続されている。ドライバ
DRVのピン3およびピン11は接地されており、ピン
10にはステータコイルLu、ステータコイルLvおよ
びステータコイルLwを付勢するための定電圧Vccl
 (+12 V)が、ピン2には制御用の定電圧Vcc
2 (+ 5 V)が、それぞれ印加されている。定電
圧Vcc2 (+ 5 V )は、前記定電圧+Eとし
て磁気センサAu、磁気センサAvおよび磁気センサA
wにも印加されているにのドライバD、RVは、SWが
オフのとき(ピン18がHレベル)、ピン17および1
6の電位差(前記センサAuの出力電圧E out)の
正負、ピン15および14の電位差の正負、ならびに、
ピン13および12の電位差の正負に応じて、ロータを
正転(CW)すべくステータコイルLu、ステータコイ
ルLvおよびステータコイル゛Lwに通電し、SWがオ
ンのとき(ピン18がLレベル)、ピン17および16
の電位差の正負、ピン15および14の電位差の正負、
ならびに、ピン13および12の電位差の正負に応じて
、ロータを逆転(CCV)すべくステータコイルLu、
ステータコイルLvおよびステータコイルLwに通電す
る3相両方向のドライバである(本実施例では東芝製T
A? 247を使用している)。
第8図はスイッチSWがオフ(ピン18がHレベル:す
なわち、CW指示)のときのDRVの動作を示すタイミ
ングチャートであり、第9図はスイッチSWがオン(ピ
ン18がLレベル:すなわち、CCW指示)のときのD
RVの動作を示すタイミングチャートである。これらの
タイミングチャートにおいて横軸は時間を示し、−致し
ている。
またINuはピン16の電位に対するピン17の電位の
正負を、INvはピン14の電位に対するピン15の電
位の正負を、I N wはピン12の電位に対するピン
13の電位の正負を、そ九ぞれ示し、OU T uはピ
ン4およびピン5の、OUT vはピン6およびピン7
の、OUTw−はピン8およびピン9の、それぞれ出力
を示している。
ピン17およびピン16には磁気センサAuの出力電圧
(Eout)が、ピン15およびピン14には磁気セン
サAvの出力電圧が、ピン13およびピンI2には磁気
センサAwの出力電圧が、それぞれ与えられるので、第
8図に示すように、ロータ(永久磁石1およびシャフト
2の組体)が正転しているときには、INvはI N 
uに対して2/3周期遅れた波形となり、fNwはI 
N vに対して2/3周期遅れた波形となる。このとき
、DRVは、OU T uに対して2/3周期遅れのO
UT vを、0UTvに対して2/3周期遅れのOUT
wを、それぞれ出力する。これにより、ステータコイル
Lu、LvおよびLwは、それぞれ2/3周期遅れで付
勢される。
逆に、ロータ(永久磁石1およびシャフト2の組体)が
逆転しているときには、第9図に示すように、INvは
INuに対して2/3周期進んだ波形となり、I N 
wはI N vに対して2/3周期進んだ波形となる。
このとき、DRVは、OUT uに対して2/3周期進
んだ○U T vを、OU T vに対して2/3周期
進んだ○UTwを、それぞれ出力する。したがって、ス
テータコイルLu、LVおよびLwは、それぞれ2/3
周期進んで付勢される。
次に、本発明の第2実施例を説明する。上記実施例では
、各検出ヘッドHu、Hv、Hwの、2つの磁芯(第5
図のMCul、 MCu2)とそれぞれに巻回したコイ
ル(第5図のClul 、 C1u2)とを1組として
樹脂モールドし、1パツケージ化して配設しているが、
第2実施例では、これらを1パツケージ化しないで、回
動中心に対して対称の位置に配設する。しかしながら、
機構部の構成および電気構成はすべて上記に同一である
ので、異なる部分のみを説明する。
検出ヘッドHuを例に説明すると、第2実施例で−は、
第5図の、磁芯MCulおよびそれに巻回したコイルC
1ulと、磁芯MCu2およびそれに巻回したコイルC
1u2との接続ラインを延長して、互いに引き離し、回
動中心に対称な位置に振分けた構成となる。他の検出ヘ
ッドについても同様にし、第10図(第2図に対応する
断面図である)に示すように、3組の検出ヘッドはHu
、Hv、Hwは、それぞれ正六角形の頂点に相当する位
置に配設される。したがって、第11図に示すように、
ステータコイルLu、Lv、Lwおよび、検出ヘッドH
u、Hv、Hwの配置を平面に展開すると、各ステータ
コイルLu、Lv、Lwの、回動中心に対して対称に振
分けられたそれぞれに、それぞれ2つに分離された検出
ヘッドHu、Hv、Hwのそれぞれが対応付けされて配
設される。この場合、検出ヘッドHu、Hv、Hwのそ
れぞれは、上記同様に樹脂モールドされ、基板5の所定
位置に熱カシメされる。
このように配設することにより、ロータ(永久磁石1と
シャフト2の組体)のゆらぎによる磁界の変動の影響を
低減することができ、さらに信頼性の高いブラシレスモ
ータとなる。
〔効果〕
以上説明したとおり、本発明によれば、透磁率が高く、
かつ、電気抵抗率が高く温度変化が小さいアモルファス
合金の磁芯部材を使用し、該磁芯部材に巻回されたコイ
ル部材を含み、磁芯部材およびコイル部材の受ける外部
磁気に応じた電気信号を発生する。磁気検出手段により
、ロータ部材の回転位置を検出しているので、本発明の
ブラシレスモータは、充分な耐熱性と温度安定性を有し
、信頼性の高いものとなる。
このブラシレスモータの使用温度範囲および、温度に対
する安定性は、前記第1表のとおりであり。
従来のホール素子を使用したものに比して格段に進歩し
たものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の機構部概要を示す断面図であ
り、第2図は第1図の■−■線断面図である。 第3図は第1図のステータコイルLu、Lv。 Lwと検出ヘッドHu、Hv、Hwの結線態様および配
置を平面に展開して示した平面図である6第4図は磁気
センサAuの電気回路構成を示す回路図である。 第5図は検出ヘッドHuの巻線モデルを示す模式図であ
る。 第6a図、第6b図および第6c図は第4図に示した磁
気センサAuの動作例を示す波形図である。 第7図は実施例の電気回路構成を示すブロック図である
。 第8図および第9図は第7図に示したドライバDRVの
動作例を示すタイミングチャートである。 第10図は第2実施例における、第2図に相当する断面
図である。 第11図は第2実施例における、第3図に相当する展開
図である。 1:永久磁石(永久磁石) 2:シャフト    1,2:  (ロータ部材)3a
、3b:ボールベアリング 4:ステータ磁芯(第1磁芯部材) 5:基板      6:ブラケツト 7:ケース     8:ゴムキャップ9:リード線 Lu、Lv、Lw ニスチータコイル(第1コイル部材
)Hu、)lv、Hw :検出ヘッド MCul、MCu2 :磁芯(第2磁芯部材)C1ul
、C1u2 :コイル(第2コイル部材)Su:検出回
路 Au、Ay、Aw :磁気センサ(磁気検出手段)DR
V :ドライバ(通電制御手段) Sw:スイッチ 充2司 ¥10ソ 尤3叉 第11■ 第 7 図 第8図 垢9反 OUTw 。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回動自動に支持された、永久磁石よりなるロータ
    部材; ロータ部材の周囲に配設された、実質的に複数の第1磁
    芯部材; 第1磁芯部材のそれぞれに巻回された第1コイル部材; ロータ部材に近接して配設された、アモルファス合金の
    第2磁芯部材、および、第2磁芯部材に巻回された第2
    コイル部材を含み、第2磁芯部材の受ける外部磁気に応
    じた電気信号を発生する、少なくとも1組の磁気検出手
    段;および、 磁気検出手段が発生する電気信号に対応付けられている
    、前記第1コイル部材の通電を設定する、通電制御手段
    ; を備えるブラシレスモータ。
  2. (2)前記磁気検出手段は、磁気マルチバイブレータ形
    式の自己発振回路である、前記特許請求の範囲第(1)
    項記載のブラシレスモータ。
  3. (3)1組の前記磁気検出手段は、実質的に2つのアモ
    ルファス合金の第2磁芯部材、および、それぞれの第2
    磁芯部材に巻回された第2コイル部材を含む、前記特許
    請求の範囲第(2)項記載のブラシレスモータ。
  4. (4)実質的に2つのアモルファス合金の第2磁芯部材
    、および、それぞれの第2磁芯部材に巻回された第2コ
    イル部材が、隣接して配設された、前記特許請求の範囲
    第(3)項記載のブラシレスモータ。
  5. (5)実質的に2つアモルファス合金の第2磁芯部材、
    および、それぞれの第2磁芯部材に巻回された第2コイ
    ル部材が、回動中心について対称の位置に配設された、
    前記特許請求の範囲第(3)項記載のブラシレスモータ
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