JP2003259678A - Dcブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Dcブラシレスモータの制御装置

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JP2003259678A
JP2003259678A JP2002058229A JP2002058229A JP2003259678A JP 2003259678 A JP2003259678 A JP 2003259678A JP 2002058229 A JP2002058229 A JP 2002058229A JP 2002058229 A JP2002058229 A JP 2002058229A JP 2003259678 A JP2003259678 A JP 2003259678A
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energization angle
energization
controller
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JP2002058229A
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Chizumi Matsuo
千純 松尾
Yoshihiro Tokoroya
良裕 所谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、広角通電制御において、モータの回転
速度や負荷に応じた最適な制御を行うには、通電角度
を変更する際、回転速度の急変や位置検出タイミングの
ずれにより過電流が流れ、脱調する場合がある位置検
出方式をゼロクロス検出方式または誘起電圧検出方式の
どちらかの方式で固定していては、それぞれ運転条件に
制約があるといった課題があった. 【解決手段】 通電角度を変更する際には、通電角度
を徐々に変更しながら、運転状況や変更する通電角度に
応じた方法で出力するデューテイ(または変調率)も同
時に制御することによって、過電流の発生や脱調を回避
する。位置検出方式の変更が必要な際には、運転状況
に応じた最適な方法で位置検出方式と通電角度を変更す
ることによって、モータの最適な制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
の通電角度および位置検出方式の制御に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来のブラシレスモータにおける位置検
出方式の例を2例あげる。1例目は、ゼロクロス検出方
式である。図7は、ゼロクロス検出方式のモータ1相分
の回路構成を示す図、図8は同方式におけるロータの位
置検出タイミングを表す図である。図7において、比較
器3の入力は、ステータ端子電圧1、ゼロ点基準電圧2
をそれぞれ抵抗で分圧した電圧である。そして、比較器
3の出力をマイコン4に取り込むことによって、基準電
圧2に対するステータ端子電圧1の大きさを判定し、ロ
ータの位置を検出している。
【0003】図8において、1はステータ端子電圧(等
幅PWMで125度通電)、2はゼロ点基準電圧、5は
無通電期間、6は比較器3によってステータ端子電圧1
とゼロ点基準電圧2とを比較したコンペア出力波形であ
る。マイコン4において、コンペア出力波形6のHig
h/Lowまたは、立ち上がり/立ち下がりエッジを判
定することによって、基準電圧2を基準としたロータの
位置を検出することができる。
【0004】ゼロクロス検出方式を採用する場合、無通
電期間中に誘起電圧のゼロ点を検出する必要があるた
め、特に高速・重負荷運転時には、通電角度の広角化に
制約があり、また弱め界磁(ロータに対する電流位相を
進めることによって、回転数を上げる)制御を行う際に
も高速化に限界があるという制約がある。
【0005】位置検出方式の2例目は、誘起電圧位置検
出方式である。図9は、誘起電圧検出方式のモータ1相
分の回路構成を示す図、図10は誘起電圧検出方式でロ
ータ位置検出を行う場合の電圧波形を示す図である。図
9において、マイコン4の入力はステータ端子電圧1を
抵抗で分圧した電圧であり、この電圧をマイコン内に取
り込んでA/D変換処理し、演算、比較することによっ
て、ロータの位置を検出している。
【0006】図10は、誘起電圧検出方式におけるロー
タの位置検出タイミングを表したものである.図10に
おいて、1はステータの端子電圧(等幅PWMで150
度通電)、5の無通電期間においてPWM信号がオンに
なる期間が誘起電圧の検出可能期間7である。8は誘起
電圧の値をマイコン4に取り込むA/D変換処理期間
で、期間7が始まった時点で開始する。マイコン4で
は、A/D変換処理によって取り込んだ誘起電圧の値
と、マイコンで別途算出した設定値とを比較することに
よって、ロータの位置を検出している。
【0007】誘起電圧検出方式を採用する場合、無通電
期間にあらわれた誘起電圧の値が検出できれば位置検出
が可能でゼロ点を検出する必要がないため、ゼロクロス
検出方式と比較して、高速・重負荷運転時にも通電角度
の制約が少なく、また電流位相を進めて弱め界磁制御を
行う範囲も広げることができる.しかしながら、誘起電
圧の値をA/D変換処理によってマイコンに取り込むた
め、PWM信号のオン時間をA/D変換の処理時間以上
に確保する必要があり、モータの最低回転速度が高くな
るという制約がある。さらに、モータの起動回転速度も
高くなるため、起動時に脱調しやすいという課題もあ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の2種類の位置検出方式には、モータの最適制御を実
現するためには、以下のように2点の課題があった。こ
こで、モータの最適制御の条件について述べる。モータ
の最適制御の条件には、低騒音、低振動、高効率、高速
化および制御の安定性等が挙げられる。そして、これら
を実現するために最適な通電角度や位置検出方式は、回
転速度や負荷に応じて異なる。
【0009】図11は、回転速度と通電角度、位置検出
方式についての制御状態を示す図である。図11の例で
は、起動時には、起動速度が高いと脱調する可能性があ
るため、最低回転速度を低くすることができるゼロクロ
ス検出方式を用いる必要がある。また、低速回転時に
は、PWMのオン時間が短くA/D変換処理による誘起
電圧の検出が不可能であるため、ゼロクロス検出方式を
用いる必要がある。
【0010】これに対して回転速度が高く、または負荷
が重くなると、モータの騒音、振動が大きくなるため、
通電角度を広げることによって、モータ電流の高調波成
分を低減し、騒音、振動を抑制することが望ましい。ま
た、通電角度が広がると誘起電圧のゼロ点の検出が不可
能となるため、位置検出方式には誘起電圧検出方式を用
いる必要がある。
【0011】高速回転時には、入力電圧の限界による高
速回転の限界を高くするために、通電角度を狭くして、
かつ弱め界磁制御を行う必要性から位置検出方式には誘
起電圧方式を用いる必要がある。
【0012】以上の例のように、低騒音化、低振動化や
高効率化、高速化および制御の安定性確保等の観点から
モータを最適に制御するための通電角度や位置検出方式
の条件は、回転速度や負荷に応じて異なる。
【0013】1点目の課題は、上記のような最適制御を
行うために通電角度を切り換える際、回転速度が急変し
たり位置検出のタイミングがずれることによって過電流
が流れたり、脱調が発生する場合があることである。
【0014】2点目の課題は、従来のゼロクロス検出方
式または誘起電圧検出方式のどちらかの方式に固定して
いては、それぞれの位置検出方式には前述のように制約
があるため、最適制御を行うことができないことであ
る。
【0015】本発明はこのような課題を解決するもので
あり、回転速度や負荷に応じて脱調することなく通電角
度や位置検出方式を切り換える手段を提供し、モータの
低騒音化、低振動化、高効率化、高速化、および制御の
安定性確保の実現を可能とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記1点目の課題を解決
するために本発明では、通電角度の変更が必要な際、通
電角度を徐々に変更しながら、制御装置が出力するデュ
ーテイ(または変調率)も同時に制御する。このような
制御を行うことによって、通電角度を切り換える際に回
転速度が急変したり位置検出のタイミングがずれること
を抑制することができ、過電流や脱調の発生を回避する
ことが可能となる。
【0017】また、上記2点目の課題を解決するために
本発明では、位置検出方式の変更が必要な際、運転状況
を判定することによって、通電角度を変更しながら最適
な方法で位置検出方式を切り換える。このような制御を
行うことによって、必要に応じて位置検出方式を変更し
てモータの最適制御を行うことが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、広角通
電で等幅または不等幅PWM制御を行うブラシレスモー
タの制御装置であって、通電角度を変更する際、モータ
の回転速度を一定に保ちながら、制御装置が出力するデ
ューティまたは変調率も徐々に変化させるものである。
そしてこの方法によれば、回転速度の急変や位置検出タ
イミングのずれが発生しないため、過電流の発生や脱調
を回避することができる。
【0019】請求項2に記載の発明は、広角通電で等幅
または不等幅PWM制御を行うブラシレスモータの制御
装置であって、加速中(または減速中)に通電角度を変
更する際、加速時間(または減速時間)を一定に保ちな
がら通電角度を徐々に変化させるものである。そしてこ
の方法によれば、回転速度の急変や位置検出タイミング
のずれが発生しないため、過電流の発生や脱調を回避す
ることができる。
【0020】請求項3に記載の発明は、広角通電で等幅
または不等幅PWM制御を行うブラシレスモータの制御
装置であって、通電角度を変更する際、通電角度の変更
幅が小さい場合には、同制御装置が出力する電圧のデュ
ーティまたは変調率を一定に保ちながら、通電角度を徐
々に変化させるものである。そしてこの方法によれば、
回転速度の急変や位置検出タイミングのずれが発生しな
いため、過電流の発生や脱調を回避することができる。
【0021】請求項4から9に記載の発明は、必要に応
じて位置検出方式を変更する手段を提供することによっ
て、最適なモータ制御を可能とするためのものである。
請求項4に記載の発明は、広角通電で制御するブラシレ
スモータの制御装置であって、通電角度を広くする際、
通電角度の変更中にロータの位置検出方式をゼロクロス
検出方式から誘起電圧検出方式に切り換えるものであ
る。
【0022】請求項5に記載の発明は、広角通電で制御
するブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
広くする際、ロータの位置検出方式をゼロクロス検出方
式から誘起電圧検出方式に切り換えた後で通電角度を広
くするものである。
【0023】請求項6に記載の発明は、広角通電で制御
するブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
広くする際、通電角度を広くした後でロータの位置検出
方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出方式に切り
換えるものである。
【0024】請求項7に記載の発明は、広角通電で制御
するブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
狭くする際、通電角度の変更中にロータの位置検出方式
を誘起電圧検出方式からゼロクロス検出方式に切り換え
るものである。
【0025】請求項8に記載の発明は、広角通電で制御
するブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
狭くする際、ロータの位置検出方式を誘起電圧検出方式
からゼロクロス検出方式に切り換えた後に通電角度を狭
くするものである。
【0026】請求項9に記載の発明は、広角通電で制御
するブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
狭くする際、通電角度を狭くした後にロータの位置検出
方式を誘起電圧検出方式からゼロクロス検出方式に切り
換えるものである。
【0027】以下、本発明の実施形態について図面を参
照して説明する。下記実施形態は、制御装置のPWM出
力が等幅であっても不等幅であっても実施することがで
きる。このため以下の説明において、括弧()外は等幅
PWM、括弧()内は不等幅PWMで実施した場合につ
いての記述である。
【0028】(実施形態1)図1は、実施形態1におけ
る通電角度と回転速度、出力デューティ(または変調
率)の関係を示す図である。実施形態1では、通電角度
を広げる際に、回転速度が一定になるようにデューテイ
(または変調率)を制御する。
【0029】図1に示すように、実施形態1では、通電
角度を広げる際には、通電角度Dを徐々に広げながら、
出力するデューティduty(または変調率α)は、通
電角度をD、120度通電時のデューテイ(または変調
率)をdutyl(またはα1)とすると、回転速度を
一定に保つために、
【0030】
【数1】
【0031】の式に従って小さくなるように制御され
る。
【0032】このようにして、実施形態1では、モータ
の回転速度を一定に保ちながら、通電角度を変更するこ
とが可能となり、過電流の発生や脱調を回避しながら通
電角度を変更することができる。
【0033】(実施形態2)図2は、実施形態2におけ
る通電角度と回転速度、出力デューティ(または変調
率)の関係を示す図である。実施形態2では、モータを
加速しながら通電角度を広げる際に、通電角度の変化中
にも、加速時間を一定に保つようにデューテイ(または
変調率)を制御する。
【0034】図2のように、実施形態2では、加速中に
通電角度を徐々に広げながら、同時に出力するデューテ
ィduty(または変調率α)の値を120度通電時の
デューテイ(または変調率)の時間tに対する増加の傾
きを△duty(または△α)とすると、加速時間を一
定に保つために、
【0035】
【数2】
【0036】の式に従って、徐々に変更する。
【0037】このようにして、実施形態2では、モータ
の加速時間を一定に保ちながら、通電角度を変更するこ
とが可能となり、回転速度の急変が発生せず、過電流の
発生や脱調を回避しながら通電角度を変更することがで
きる。
【0038】(実施形態3)図3は実施形態3における
通電角度と回転速度、出力デューティ(または変調率)
の関係を示す図である。実施形態3は、通電角度を変更
する際、通電角度の変更幅が小さい、または変更速度が
遅い場合に、デューティ(または変調率)を一定に保つ
ものである。
【0039】図3のように、実施形態3では、通電角度
の変更幅が小さい場合、出力するデューティ(または変
調率)を一定に保ちながら、通電角度を徐々に変化させ
る。出力するデューティ(または変調率)が一定で通電
角度を広げると、制御装置の出力電圧が上昇するため回
転速度が一旦上昇するが、通電角度の変化幅が狭いた
め、回転速度の急変や位置検出タイミングのずれは発生
しない。また、回転速度は速度フィードバック制御によ
って復帰する。このように制御すると、出力するデュー
ティ(または変調率)を速度フィードバック制御のみで
制御するため、制御の安定性がよい。
【0040】このようにして、実施形態3では、通電角
度の変更幅が狭い場合、通電角度を徐々に変化させるの
で、回転速度の急変が発生せず、過電流の発生や脱調を
回避しながら通電角度を変更することができる。
【0041】(実施形態4)図4は、実施形態4におい
てモータの回転速度に応じて通電角度とロータ位置検出
方式を切り換える状態を示す図である。図4のように実
施形態4では、回転速度に追従して通電角度を120度
から150度に変更する際、通電角度の変更中にロータ
の位置検出方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出
方式に切り換える。
【0042】前述のように、ゼロクロス検出方式による
位置検出では、高速・重負荷運転になるほど、通電角度
を広げることができない。従って実施形態4では、回転
速度の上昇に伴って通電角度を120度から徐々に広
げ、130度になった時点で、回転速度と通電角度を固
定し、位置検出方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧
検出方式に切り換える。そして、誘起電圧検出方式によ
る位置検出が安定したと判定した後、回転速度をさらに
上昇させながら、それに伴って通電角度を150度まで
広げる。
【0043】このようにして、実施形態4では、モータ
の最適制御を行うために必要な通電角度の変更と位置検
出方式の切り換えを安定に実現することができる。
【0044】(実施形態5)図5は、実施形態5におい
てモータの回転速度に応じて通電角度とロータ位置検出
方式を切り換える状態を示す図である。図5のように実
施形態5では、回転速度に追従して通電角度を120度
から150度に変更する際、通電角度の変更開始前に回
転速度を誘起電圧検出方式が可能な値以上に加速し、ロ
ータの位置検出をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出
方式に切り換える。
【0045】前述のように、ロータの回転速度が低い場
合、PWMのオン時間が短いため、誘起電圧検出方式に
よる位置検出が不可能である。従って実施形態5では、
120度通電の状態で誘起電圧検出方式が可能な値以上
に回転速度を加速し、その後、回転速度を固定してロー
タの位置検出方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧検
出方式に切り換える。そして、誘起電圧検出方式による
位置検出が安定したと判定した後、回転速度をさらに上
昇させながら、それに伴って通電角度150度まで広げ
る。
【0046】このようにして、実施形態5では、モータ
の最適制御を行うために必要な通電角度の変更と位置検
出方式の切り換えを安定に実現することができる。
【0047】(実施形態6)図6は、実施形態6におい
てモータの回転速度に応じて通電角度とロータ位置検出
方式を切り換える状態を示す図である。図6のように実
施形態6では、回転速度に追従して通電角度を120度
から130度に変更する際、通電角度の変更完了後にロ
ータの位置検出方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧
検出方式に切り換える。
【0048】前述のように、ロータの回転速度が低い場
合、PWMのオン時間が短いため、誘起電圧検出方式に
よる位置検出が不可能である。従って実施形態6では、
通電角度を130度まで広げながら、誘起電圧検出方式
が可能な値以上に回転速度を加速し、通電角度と回転速
度の変更が終了した後で、回転速度を固定してロータの
位置検出をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出方式に
切り換える。
【0049】このようにして、実施形態6では、モータ
の最適制御を行うために必要な通電角度の変更と位置検
出方式の切り換えを安定に実現することができる。
【0050】なお、本発明は上記の実施形態に限定され
るものではなく、例えば以下のような変形も可能であ
る。 (1)通電角度の変更は、120度以上180度未満の
任意の範囲で実施することができる。 (2)PWM方式は、等幅、不等幅のいずれでも実施す
ることができる。 (3)通電角度を狭くする場合や回転速度を減速する場
合においても同様の制御を実施することができる。 (4)通電角度を負荷の大きさに応じて変更する際に
も、同様の制御を実施することができる。 (5)実施形態1〜3および4〜6に述べた制御は、組
み合わせて実施することができる。
【0051】
【発明の効果】上記実施形態から明らかなように、請求
項1に記載の発明によれば、通電角度を変更する際、モ
ータの回転速度を一定に保ちながら、制御装置が出力す
るデューテイ(または変調率)も徐々に変化させるの
で、通電角度の変更に際して回転速度の急変や位置検出
タイミングのずれが発生しないため、過電流の発生や脱
調を回避することができる。
【0052】請求項2に記載の発明は、加速中(または
減速中)に通電角度を変更する際、加速時間(または減
速時間)を一定に保ちながら通電角度を徐々に変化させ
るので、通電角度の変更に際して回転速度の急変や位置
検出タイミングのずれが発生しないため、過電流の発生
や脱調を回避することができる。
【0053】請求項3に記載の発明は、通電角度を変更
する際、制御装置が出力する電圧のデューテイ(または
変調率)を一定に保ちながら、通電角度を徐々に変化さ
せるので、通電角度の変更に際して回転速度の急変や位
置検出タイミングのずれが発生しないため、過電流の発
生や脱調を回避することができる。
【0054】請求項4に記載の発明は、通電角度を広く
する際、通電角度の変更中にロータの位置検出方式をゼ
ロクロス検出方式から誘起電圧検出方式に切り換えるの
で、位置検出方式の変更を安定に実現することができ、
最適なモータ制御が可能となる。
【0055】請求項5に記載の発明は、通電角度を広く
する際、ロータの位置検出方式をゼロクロス検出方式か
ら誘起電圧検出方式に切り換えた後で通電角度を広くす
るので、位置検出方式の変更を安定に実現することがで
き、最適なモータ制御が可能となる。
【0056】請求項6に記載の発明は、通電角度を広く
する際、通電角度を広くした後でロータの位置検出方式
をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出方式に切り換え
るので、位置検出方式の変更を安定に実現することがで
き、最適なモータ制御が可能となる。
【0057】請求項7に記載の発明は、通電角度を狭く
する際、通電角度の変更中にロータの位置検出方式を誘
起電圧検出方式からゼロクロス検出方式に切り換えるの
で、位置検出方式の変更を安定に実現することができ、
最適なモータ制御が可能となる。
【0058】請求項8に記載の発明は、通電角度を狭く
する際、ロータの位置検出方式を誘起電圧検出方式から
ゼロクロス検出方式に切り換えた後に通電角度を狭くす
るもので、位置検出方式の変更を安定に実現することが
でき、最適なモータ制御が可能となる。
【0059】請求項9に記載の発明は、通電角度を狭く
する際、通電角度を狭くした後にロータの位置検出方式
を誘起電圧検出方式からゼロクロス検出方式に切り換え
るもので、位置検出方式の変更を安定に実現することが
でき、最適なモータ制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1における通電角度と回転速度、出力
デューティ(または変調率)の関係を示す図
【図2】実施形態2における通電角度と回転速度、出力
デューティ(または変調率)の関係を示す図
【図3】実施形態3における通電角度と回転速度、出力
デューティ(または変調率)の関係を示す図
【図4】実施形態4においてモータの回転速度に応じて
通電角度とロータ位置検出方式を切り換える状態を示す
【図5】実施形態5においてモータの回転速度に応じて
通電角度とロータ位置検出方式を切り換える状態を示す
【図6】実施形態6においてモータの回転速度に応じて
通電角度とロータ位置検出方式を切り換える状態を示す
【図7】ゼロクロス検出方式のモータ1相分の回路構成
を示す図
【図8】同方式におけるロータの位置検出タイミングを
表す図
【図9】誘起電圧検出方式のモータ1相分の回路構成を
示す図
【図10】誘起電圧検出方式でロータ位置検出を行う場
合の電圧波形を示す図
【図11】回転速度と通電角度、位置検出方式について
の制御状態を示す図
【符号の説明】
1 ステータの端子電圧 2 ゼロ点の基準電圧 3 比較器 4 マイコン 5 無通電期間 6 コンペア出力波形 7 誘起電圧検出可能期間 8 A/D変換処理期間 D 通電角度 duty デューティ duty1 切り換え前のデューティ Δduty デューティの増加率 α 変調率 α1 切換え前の変調率 Δα 変調率の増加率 ω 回転速度

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】120度以上180度未満の通電角度で
    (以下、広角通電とよぶ)等幅または不等幅PWM制御
    を行うブラシレスモータの制御装置であって、通電角度
    を変更する際、モータの回転速度を一定に保ちながら、
    同時に制御装置が出力するデューティまたは変調率を徐
    々に変化させる手段を有することを特徴とするDCブラ
    シレスモータの制御装置。
  2. 【請求項2】広角通電で等幅または不等幅PWM制御を
    行うブラシレスモータの制御装置であって、加速中また
    は減速中に通電角度を変更する際、加速時間または減速
    時間を一定に保ちながら通電角度を徐々に変化させる手
    段を有することを特徴とするDCブラシレスモータの制
    御装置。
  3. 【請求項3】広角通電で等幅または不等幅PWM制御を
    行うブラシレスモータの制御装置であって、通電角度を
    変更する際、通電角度の変更幅が小さい場合には、同制
    御装置が出力する電圧のデューティまたは変調率を一定
    に保ちながら、通電角度を徐々に変化させる手段を有す
    ることを特徴とするDCブラシレスモータの制御装置。
  4. 【請求項4】通電角度を広くする際、通電角度の変更中
    にロータの位置検出方式をゼロクロス検出方式から誘起
    電圧検出方式に切り換える手段を有することを特徴とす
    る請求項1乃至3に記載のDCブラシレスモータの制御
    装置。
  5. 【請求項5】通電角度を広くする際、ロータの位置検出
    方式をゼロクロス検出方式から誘起電圧検出方式に切り
    換えた後で通電角度を広くする手段を有することを特徴
    とする請求項1乃至3に記載のDCブラシレスモータの
    制御装置。
  6. 【請求項6】通電角度を広くする際、通電角度を広くし
    た後でロータの位置検出方式をゼロクロス検出方式から
    誘起電圧検出方式に切り換える手段を有することを特徴
    とする請求項1乃至3に記載のDCブラシレスモータの
    制御装置。
  7. 【請求項7】通電角度を狭くする際、通電角度の変更中
    にロータの位置検出方式を誘起電圧検出方式からゼロク
    ロス検出方式に切り換える手段を有することを特徴とす
    る請求項1乃至3に記載のDCブラシレスモータの制御
    装置。
  8. 【請求項8】通電角度を狭くする際、ロータの位置検出
    方式を誘起電圧検出方式からゼロクロス検出方式に切り
    換えた後に通電角度を狭くする手段を有することを特徴
    とする請求項1乃至3に記載のDCブラシレスモータの
    制御装置。
  9. 【請求項9】通電角度を狭くする際、通電角度を狭くし
    た後にロータの位置検出方式を誘起電圧検出方式からゼ
    ロクロス検出方式に切り換える手段を有することを特徴
    とする請求項1乃至3に記載のブラシレスモータの制御
    装置。
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