JPH01268481A - 直流モータ用電源装置 - Google Patents

直流モータ用電源装置

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JPH01268481A
JPH01268481A JP63094178A JP9417888A JPH01268481A JP H01268481 A JPH01268481 A JP H01268481A JP 63094178 A JP63094178 A JP 63094178A JP 9417888 A JP9417888 A JP 9417888A JP H01268481 A JPH01268481 A JP H01268481A
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circuit
motor
voltage
temperature
current
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JP63094178A
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Inventor
Kozo Sato
晃三 佐藤
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Toshiba Corp
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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】 [発明の口約] (産業上の利用分野) 本発明は、過電流保護機能を有した直流モータ用電源装
置に関する。
(従来の技術) 例えば直流モータを駆動する場合において、従来では、
その直流モータの定格入力端子(例えば12V、24V
)毎に専用の電源装置を用意することが行なわれている
。そして、このような直流モータ用電源装置にあっては
、直流モータが過負荷状態に陥った場合には、その負荷
電流が予め設定された上限値に達したときにドライブ用
のスイッチング素子を強制的にオフするととにより電源
をしゃ断し、以て過電流保護を行なうように構成されて
いる。
(発明が解決しようとする問題点) 上記従来構成の電源装置では、過負荷電流のしゃ断をド
ライブ用のスイッチング素子により瞬時に行なう必要が
あるため、ASO(安全動作領域)が大きい高価なスイ
ッチング素子が必要であって製造コストの上昇を招く問
題点がある。また、従来の電源装置では、瞬時的に過負
荷電流が流れたときにもff1iliがしゃ断された状
態になるが、−殻内な電源装置では、過電流保護機能が
働いて電源をしゃ断した場合に、その′F4源を自動的
に再投入する機能が設けられていないのが通常であるた
め、上記のように瞬時的な過負荷電流により電源がしゃ
断されたときには、直流モータの運転稼働率が低くなる
という問題点が惹起される。さらに、従来の電源装置で
は、直流モータの巻線温度上昇に対する保護機能が設け
られていないのが通常であるため、上記巻線温度に所定
の安全率を見込んで線径の太い巻線を使用するようにし
ている。しかしながら、このように巻線温度に安全率を
見込んだ場合には、巻線が占める容積が増えて直流モー
タの大形化を招くばかりか、巻線重量の増加により直流
モータの軽量化が阻害れさる問題点があり、しかも巻線
使用量が増えてこの面からも製造コストの上昇を招くと
いう問題点もある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、直流モータの過電流保護をその運転稼働率の低下
を伴うことなく確実に行なうことができると共に、電力
損失を大幅に低減でき、しかも全体の小形化及び軽量化
の実現、並びに製造コストの引下げを図り得る等の効果
を奏する直流モータ用電源装置を提供するにある。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明による直流モータ用電源装置は、4個の無接点ス
イッチング素子を単相整流ブリッジ回路として接続して
成り上記単相整流ブリッジ回路の直流出力端子に相当し
た一対の端子を直流電源及び直流モータ間の通電路に介
在させると共に同じく単相整流ブリッジ回路の交流入力
端子に相当した一対の端子間にコンデンサを接続するこ
とにより構成されたインピーダンス回路、前記直流モー
タの上限負荷電流設定用の第1の基準電圧を発生する電
流設定回路、前記直流モータの負荷電流に応じた第1の
検出電圧を発生する電流検出回路、前記直流モータの上
限巻線温度設定用の第2の基準電圧を発生する温度設定
回路、並びに前記直流モータの巻線温度に応じた第2の
検出電圧を発生する温度検出回路を夫々設けると共に、
前記無接点スイッチング素子のスイッチング周期を制御
して前記コンデンサに所定周波数の交流電圧を印加する
ことにより前記インピーダンス回路のインピーダンスを
一定に保持する制御回路を設け、特に前記制御回路を、
負荷電流を示す前記第1の検出電圧が前記第1の基準電
圧を越えたときに前記無接点スイッチング素子を強制的
にオフさせ、且つこの後に設定時間が経過したときに巻
線温度を示す前記第2の検出電圧が第2の基準電圧以下
にあることを条件に上記無接点スイッチング素子の強制
オフ状態を解除する構成としたものである。
(作用) インピーダンス回路内の無接点スイッチング素子のスイ
ッチング周期を変化させてコンデンサに印加される交流
電圧周波数を変化させた場合には、そのインピーダンス
回路のインピーダンスが変化することになる。具体的に
は、上記インピーダンスは、コンデンサに印加される交
流電圧周波数が高くなるのに伴い小さくなる。しかして
、制御回路は、前記コ゛ンデンサに所定周波数の交流電
圧周波数を印加することによりインピーダンス回路のイ
ンピーダンスを一定に保持するものであり、従って直流
モータには、上記インピーダンス回路を通じて安定した
電圧が印加されるようになる。
このような状態で、直流モータに過負荷電流が流れて、
電流検出回路からの第1の検出電圧(負荷電流に対応)
が電流設定回路に設定された第1の基準電圧を越えるよ
うになると、制御回路が前記無接点スイッチング素子を
強制的にオフさせるようになり、以て直流モータの電源
がしゃ断されて過電流保護が行なわれる。そして、制御
回路にあっては、上記のような電源しゃ断後に設定時間
が経過すると、温度検出回路からの第2の検出電圧(直
流モータの巻線温度に対応)が温度設定回路に設定され
た第2の基準電圧以下にあることを条件に前記無接点ス
イッチング素子の強制オフ状態を解除するようになる。
この結果、巻線温度が低い状態では、電源の再投入が自
動的に行なわれて直流モータの運転稼働率が向上する。
勿論、このような電源の再投入は、上記第2の検出電圧
が第2の基準電圧を越えた状態、つまり直流モータの巻
線温度が上限温度以上に上昇した状態では行なわれない
から、巻線の異常温度上昇が確実に防止される。また、
インピーダンス回路内のコンデンサでは無効電力しか消
費されないから、大きな電力損失を伴うことがない。
(実施例) 以下、本発明の第1の実施例について第1図乃至第4図
を参照しながら説明する。
第1図において、1は直流モータたる例えば三相のブラ
シレスモーフで、これは直流電源2の正極P及び負極N
に対応された一対の通電路2a及び2bから後述する制
御回路3の出力端子Q3〜Q、を通じて給電されるよう
に設けられている。
4はインピーダンス回路で、これは4個の無接点スイッ
チング素子たる例えばホトトランジスタ5a〜8aを図
示のように単相整流ブリッジ回路として接続した上で、
その単相整流ブリッジ回路の直流入力端子に相当した一
対の端子T1及び12間を前記通電路2aに介在させる
と共に、単相整流ブリッジ回路の交流出力端子に相当し
た一対の端子T3及び14間にコンデンサ9を接続する
ことにより構成されている。
上記ホトトランジスタ5a〜8aは夫々発光ダイオード
5b〜8bと共に4対のホトカブラ5〜8を構成するも
のである。これら発光ダイオード5b〜8bのうち、発
光ダイオード5b、6bは、直流電源2から抵抗10及
び第1のトランジスタ11を介して同時に通電されるよ
うに接続され、また、発光ダイオード7b及び8bは、
直流電源2から上記抵抗10及び第2のトランジスタ1
2を介して同時に通電されるように接続されている。
従って、第1のトランジスタ11がオンしたときには、
発光ダイオード5b、6bが通電点灯されてホトトラン
ジスタ5a、5aがオンされ、また、第2のトランジス
タ12がオンしたときには、発光ダイオード7b、8b
が通電点灯されてホトトランジスタ7a、8aがオンさ
れる。そして、この場合において、上記第1及び第2の
トランジスタ11及び12は、前記制御回路3の出力端
子Q1及びQ2から夫々出力されるオン指令信号S1及
びS2によりオンされるようになっている。
13は電流設定回路で、これは直流電源2の正)1iP
及び負極N間に抵抗14及び図示極性の定電圧ダイオー
ド15を直列に接続すると共に、上記定電圧ダイオード
15と並列に可変抵抗16を接続することにより構成さ
れている。斯かる電流設定回路13にあっては、その可
変抵抗16の摺動端子から電圧レベルが安定した第1の
基準電圧Vslを出力するものであり、その基準電圧V
slは制御回路3の入力端子P4に与えられる。17は
温度設定回路で、これは前記定電圧ダイオード15と並
列に可変抵抗18を接続することにより構成されている
。斯かる温度設定回路17にあっては、その可変抵抗1
8の摺動端子から電圧レベルが安定した第2の基準電圧
Vs2を出力するものであり、その基準電圧Vs2は制
御回路3の入力端子P5に与えられる。また、19は時
間設定回路で、これは前記定電圧ダイオード15と並列
に可変抵抗20を接続することにより構成されている。
斯かる時間設定回路19にあっては、その可変抵抗20
の摺動端子から電圧レベルが安定した時間幅設定電圧v
hを出力するものであり、その設定電圧Vhは制御回路
3の入力端子PTに与えられる。
21は電流検出回路で、これは前記通電路2b(特には
前記定電圧ダイオード15が接続された点と負極Nとの
間)に電流サンプリング用の抵抗22を直列に介在させ
ることにより構成されている。従って、斯かる電流検出
回路21にあっては、抵抗22の一端側(負極N側)か
ら前記ブラシレスモータ1に流れる負荷電流1aに対応
した第1の検出電圧Vdlを出力するものであり、その
検出電圧Vdlは制御回路3の入力端子P6に与えられ
る。また、23は温度検出回路で、これはブラシレスモ
ータ1の固定子巻線1a〜ICの温度を検出可能に配置
された負特性サーミスタより成る温度センサ24を有し
、この温度センサ24及び抵抗25の直列回路を前記定
電圧ダイオード15と並列に接続することにより構成さ
れている。従って、斯かる温度検出回路23にあっては
、温度センサ24及び抵抗25の共通接続点から前記ブ
ラシレスモータ1の巻線温度Taに対応した第2の検出
電圧Vd2を出力するものであり、その検出電圧Vd2
は制御回路3の入力端子P8に与えられる。
尚、26は通電路2a及び2b間に接続された平滑用コ
ンデンサであり、これの平滑作用によってインピーダン
ス回路4からの出力電圧v outの安定化が図られて
いる。
前記制御回路3は、その制御用電源端子P、及び共通電
源端子22間に、直流電R2の出力を補助通電路2c(
正極Pに接続されている)及び前記通電路2bを通じて
受けるようになっており、これにより自身の電源を得る
ように構成されている。また、制御回路3は、負荷用電
源端子P1及び共通電源端子22間に、直流電源2の出
力を通電路2a(ひいてはインピーダンス回路4)及び
2bを通じて受けるようになっており、これによりブラ
シレスモータ1駆動用の電源を得るように構成されてい
る。そして、上記制御回路3は例えばマイクロコンピュ
ータを含んで構成されたもので、予め記憶した制御用プ
ログラムに基づいて前記ブラシレスモータ1の回転制御
を内蔵パワースイッチング索子(図示せず)により行な
うようになっており、斯かる制御時には、ブラシレスモ
ータ1の三相固定子巻線1a〜1cに対し、負荷用電源
端子P1及び共通電源端子22間に与えられる直流電圧
(インピーダンス回路4の出力電圧に相当)を印加する
ようになっている。
さて、制御回路3は、上述したようなブラシレスモータ
1の制御の他に、前記第1及び第2のトランジスタ11
及び12ひいてはインピーダンス回路4の制御を行なう
ものであり、以下その制御内容について全体の作用と共
に説明する。
まず、最初にインピーダンス回路4の機能について説明
する。即ち、ホトトランジスタ5a、6aがオンされ且
つホトトランジスタ7a、gaがオフされた状態では、
直流電源2からの電流が、ホトトランジスタ5a、6a
及びコンデンサ9を通じて制御回路3に供給されるよう
になって、結果的に上記コンデンサ9には図中矢印A方
向の電流が流れる。また、これとは逆に、ホトトランジ
スタ5a、5aがオフされ且つホトトランジスタ7a、
1llaがオンされた状態では、直流電al!2からの
電流が、ホトトランジスタ7a、8a及びコンデンサ9
を通じて制御回路3に供給されるようになって、上記コ
ンデンサ9には図中矢印B方向の電流が流れる。この結
果、コンデンサ9には交流電圧が印加されるものであり
、従ってインピーダンス回路4の端子Tl 、T2間の
インピーダンスZは、上記交流電圧の周波数によって変
化するようになる。また、」1記インピーダンスZは、
ホトトランジスタ5a、6aのグループ及びホトトラン
ジスタ7a、8aのグループのスイッチング周期を変化
させることにより、所定範囲で大小変化させることがで
きる。
しかして、上記スイッチング周期は、第1及び第2のト
ランジスタ11及び12のオンオフ周期に対応するもの
であり、制御回路3は、上記トランジスタ11及び12
のオンオフ周期を一定に制御することにより、インピー
ダンス回路4のインピーダンスZを所定の値に保持する
ように構成されている。具体的には、制御回路3は、例
えば第2図(a)、(b)に示すように、出力端子Q1
から所定周期のオン指令信号S!を出力すると共に、出
力端子Q2から上記オン指令信号S1と逆位相のオン指
令信号S2を出力する。この結果、オン指令信号S1に
よる第1のトランジスタ11のオンに応じてホトトラン
ジスタ5a、6aがオンされた状態と、オン指令信号S
2による第2のトランジスタ12のオンに応じてホトト
ランジスタ7a、8aがオンされた状態とが交互に繰返
されるものであり、これによりインピーダンス回路4の
インピーダンスZが一定に保持される。そして、このよ
うな状態では、インピーダンス回路4からの出力電圧V
out  (つまり制御回路3を通じてブラシレスモー
タlに与えられる電圧)が、第2図中(C)に示すよう
な一定レベルとなるものである。また、制御回路3から
出力されるオン指令信号S1及びS2の周期が、第3図
(a)。
(b)に示すように短く変更された場合には、これに応
じてインピーダンス回路4のインピーダンスZが小さく
なるため、出力電圧V outが同図(C)に示すよう
に低下するようになる。つまり、制御回路3からのオン
指令信号Sl及びS2の出力周期を調整することにより
、ブラシレスモータ1の入力端子を大小変化させること
ができるものである。
ここで、上記のような通電状態で、ブラシレスモータ1
の巻線温度Taが上昇した場合には、これに応じて温度
検出回路23が発生する第2の検出電圧Vd2のレベル
が上昇するようになる。そして、斯様な検出電圧Vd2
により示される巻線温度Taが温度設定回路17からの
第2の基準電圧Vs2により示される上限温度値T m
aXを越えるようになると、制御回路3にあっては、オ
ン指令信号S1及びS2の出力周期が長くなるように制
御し、これによりインピーダンス回路4のインピーダン
スZを大きくする。この結果、インピーダンス回路4の
出力電圧V outが低下するようになり、ブラシレス
モータ1に流れる負荷電流1aが減少して巻線温度Ta
の上昇が抑制されると共に、温度検出回路23からの第
2の検出電圧Vd2が低下するようになる。そして、制
御回路3にあっては、斯様な検出電圧Vd2の低下に応
じてVd2−VS2となったときには、オン指令信号S
1及びS2の出力周期のそれ以上の拡大を停止する。ま
た、この後に巻線温度Taが正常な範囲に戻ったときに
は、制御回路3は、オン指令信号Sl及びS2の出力周
期を元の状態に戻す。
一方、ブラシレスモータ1に過電流が流れた場合には、
これに応じた負荷電流1aの上昇により電流検出回路2
1が発生する第1の検出電圧Vdlのレベルが高くなる
。すると、制御回路3にあっては、上記検出電圧Vdl
と電流設定回路13からの第1の基準電圧Vslとを比
較し、Vdl>Vslとなったとき、つまり第1の検出
電圧Vdlにより示される負荷電流1aが第1の基準電
圧vslにより示される上限電流値1118Xを越えた
ときには、制御回路3はオン指令信号S1及びS2の出
力を停止する。尚、第4図(a)、(b)、(C)には
、一方のオン指令信号S、の出力状態で上記のような出
力停止動作が行なわれた場合におけるオン指令信号S1
+第1の基準電圧Vsl及び第1の検出電圧Vdlの各
変化状態を示した。
上記のようにオン指令信号S1及びS2が出力停止され
ると、インピーダンス回路4内のホトトランジスタ5〜
8が強制的にオフされるようになり、ブラシレスモータ
1に対する通電が高速しゃ断される。そして、制御回路
3は、上記のようなしゃ断動作後において時間設定回路
19に設定された一定時間t(第4図参照)が経過した
ときには、温度検出回路24が検出するブラシレスモー
タ1の巻線温度Taが温度設定回路17による設定温度
以下にあることを条件にオン指令信号s1及びS2の出
力停止状態を解除する。具体的には、制御回路3は、上
記のような電源しゃ断動作後に設定時間tが経過したと
きに、温度検出回路25からの第2の検出電圧Vd2に
より示される巻線温度Taが温度設定回路17がらの第
2の基準電圧Vs2により示される上限温度値T 1l
aXより低いことを条件にオン指令信号S、及びs2の
出力を再開する。この出力再開後において負荷7M 流
1 aが上限電流値I l1axを越えた場合には、制
御回路3は前述したしゃ断動作を再度行なうものであり
、これ以降は上記電源再投入動作及び電源しゃ断動作が
反復して行なわれる。尚、上記のような電源しゃ断動作
は、負荷電流1aが上限電流値1 tsax以下となっ
たときに停止され、また上記電源再投入動作は、巻線温
度Taが上限温度値T o+ax以上となったときに禁
止される。
要するに本実施例によれば、上述したような作用により
ブラシレスモータ1の固定子巻線1a〜1cを異常温度
上昇並びに過電流から保護する機能が得られるものであ
る。そして、異常温度上昇保護時にはブラシレスモータ
1に対する電源供給が停止されることがないため、その
ブラシレスモータ1の運転稼働率の低下を来たすことが
なくなる。また、過電流保護時において巻線温度Taが
上限?m度値T laX以下の状態にあるときには、電
源しゃ断後に設定時間が経過する毎に電源を再投入する
動作が繰返されるから、この面からもブラシレスモータ
1の運転稼働率の低下を来たすことがなくなるものであ
る。特に、電源しゃ断時においては、制御回路3内のパ
ワースイッチング素子をオフさせる必要がないから、そ
のスイッチング素子としてASOが大きな高価なものを
使用する必要がなくなり、以て製造コストの引下げを図
り得る。しかも、巻線温度Taに従来のような安全率を
見込む必要がないから、固定子巻線1a〜ICの線径を
太くする必要がなく、結果的にブラシレスモータ1の小
形・軽量化を図り得ると共に、巻線使用量の減少による
製造コストの低下も図り得る。しかも、このときには電
圧可変要素であるコンデンサ9では無効電力しか消費さ
れないから、電圧可変要素としてパワートランジスタを
用いる場合に比べて電力損失を大幅に軽減できる。さら
に、出力電圧v outのレベルは、オン指令信号S1
及びS2の出力周期を変更することにより、所定範囲内
で上下させることができるから、定格人力が異なるブラ
シレスモータ1に対しても十分対処することが可能とな
り、ハードウェア部分の標準化を大きく促進できる。
尚、本発明は上記第1の実施例に限定されるものではな
く、例えば第2の実施例を示す第4図のように、インピ
ーダンス回路4及び制御回路3間の通電路2aに平滑用
のりアクドル27を介在させても良く、このような構成
とすればインピーダンス回路4の出力電圧v outの
平滑作用をより一層向上させることができる。
その他、本発明は上記し且つ図面に示した各実施例に限
定されるものではなく、例えば他の直流モータにも適用
できる等、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。
[発明の効果コ 本発明によれば以上の説明によって明らかなように、コ
ンデンサの性質を利用したインピーダンス変化により直
流電源の出力電圧を変化させるインピーダンス回路、直
流モータの上限負荷電流設定用の第1の基準電圧を発生
する電流設定回路、直流モータの負荷電流に応じた第1
の検出電圧を発生する電流検出回路、直流モータの上限
巻線温度設定用の第2の基準電圧を発生する温度設定回
路、直流モータの巻線温度に応じた第2の検出電圧を発
生する温度検出回路、並びに前記無接点スイッチング素
子のスイッチング周期を制御して前記コンデンサに所定
周波数の交流電圧を印加することにより前記インピーダ
ンス回路のインピーダンスを一定に保持する制御回路を
夫々設けると共に、特に上記制御回路を、負荷電流を示
す前記第1の検出電圧が前記第1の基準電圧を越えたと
きに前記無接点スイッチング素子を強制的にオフさせ、
且つこの後に設定時間が経過したときに巻線温度を示す
前記第2の検出電圧が第2の基準電圧以下にあることを
条件に上記無接点スイッチング素子の強制オフ状態を解
除する構成としたので、直流モータの過電流保護をその
運転稼働率の低下を伴うことなく確実に行なうことがで
きると共に、電力損失を大幅に低減でき、しかも全体の
小形化及び軽量化の実現、並びに製造コストの引下げを
図り得る上に、標準化の促進も図り得るという優れた効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明の第1の実施例を示すもので
、第1図は回路図、第2図乃至第4図は作用説明用のタ
イミングチャートである。また、第5図は本発明の第2
の実施例を示す第1図相当図である。 図中、1はブラシレスモータ(直流モータ)、18〜I
Cは固定子巻線、2は直流電源、3は制御回路、4はイ
ンピーダンス回路、5〜8はホトカプラ、5a〜8aは
ホトトランジスタ(無接点スイッチング素子)、5b〜
8bは発光ダイオード、9はコンデンサ、13は電流設
定回路、17は温度設定回路、19は時間設定回路、2
1は電流検出回路、23は温度検出回路、24は温度セ
ンサ、2Gは平滑用コンデンサ、27はリアクトルを示
す。 出願人  株式会社  東   2 第2図 引 第3図 q唱 第4!i21

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、4個の無接点スイッチング素子を単相整流ブリッジ
    回路として接続して成り上記単相整流ブリッジ回路の直
    流出力端子に相当した一対の端子を直流電源及び直流モ
    ータ間の通電路に介在させると共に同じく単相整流ブリ
    ッジ回路の交流入力端子に相当した一対の端子間にコン
    デンサを接続することにより構成されたインピーダンス
    回路と、前記直流モータの上限負荷電流設定用の第1の
    基準電圧を発生する電流設定回路と、前記直流モータの
    負荷電流に応じた第1の検出電圧を発生する電流検出回
    路と、前記直流モータの上限巻線温度設定用の第2の基
    準電圧を発生する温度設定回路と、前記直流モータの巻
    線温度に応じた第2の検出電圧を発生する温度検出回路
    と、前記無接点スイッチング素子のスイッチング周期を
    制御して前記コンデンサに所定周波数の交流電圧を印加
    することにより前記インピーダンス回路のインピーダン
    スを一定に保持するように設けられた制御回路とを具備
    し、前記制御回路は、前記第1の検出電圧が前記第1の
    基準電圧を越えたときに前記無接点スイッチング素子を
    強制的にオフさせると共に、この後に設定時間が経過し
    たときに前記第2の検出電圧が第2の基準電圧以下にあ
    ることを条件に上記無接点スイッチング素子の強制オフ
    状態を解除するように構成されていることを特徴とする
    直流モータ用電源装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009281302A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Calsonic Kansei Corp 電動ファン制御装置

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