JPH036749B2 - - Google Patents
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- JPH036749B2 JPH036749B2 JP57034564A JP3456482A JPH036749B2 JP H036749 B2 JPH036749 B2 JP H036749B2 JP 57034564 A JP57034564 A JP 57034564A JP 3456482 A JP3456482 A JP 3456482A JP H036749 B2 JPH036749 B2 JP H036749B2
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子整流子型の電動機に関するもので
あり、特に、電源から供給される電力を効率良く
利用するようにしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electronic commutator type electric motor, and particularly to one that efficiently utilizes electric power supplied from a power source.
従来、電子整流子型の電動機では、出力電圧の
一定な直流電源からトランジスタ等を用いて減
圧・制御し、たとえば電動機の速度に対応した駆
動電圧を供給していた。 Conventionally, in an electronic commutator type motor, a transistor or the like is used to reduce and control the voltage from a DC power source with a constant output voltage, and supply a driving voltage corresponding to, for example, the speed of the motor.
第1図に従来の電子整流子型電動機の構成例を
示す。第1図において、1は直流電源、2は通電
制御器、3,4,5は駆動トランジスタ、6,
7,8は3相のコイル、9はロータマグネツトよ
り成る界磁部である。上記通電制御器2は界磁部
9の回転に応じて通電状態となる駆動トランジス
タ3,4,5を切換えるとともに、回転速度に応
じた電圧をコイル6,7,8に供給する。従つ
て、直流電源1の電圧は、駆動トランジスタ3,
4,5とコイル6,7,8に分割してかかる。そ
の結果、直流電源1の供給電力はコイル6,7,
8での有効消費電力と駆動トランジスタ3,4,
5のコレクタ損失の和となる。 FIG. 1 shows an example of the configuration of a conventional electronic commutator type motor. In FIG. 1, 1 is a DC power supply, 2 is a current controller, 3, 4, and 5 are drive transistors, 6,
7 and 8 are three-phase coils, and 9 is a field section consisting of a rotor magnet. The energization controller 2 switches the driving transistors 3, 4, and 5 to be energized according to the rotation of the field section 9, and supplies voltages to the coils 6, 7, and 8 according to the rotational speed. Therefore, the voltage of the DC power supply 1 is the same as that of the drive transistors 3,
4 and 5 and coils 6, 7, and 8. As a result, the power supplied by the DC power supply 1 is
Effective power consumption at 8 and drive transistors 3, 4,
5 collector losses.
通常の直流電動機においては、駆動トランジス
タのコレクタ損失がかなり大きく、電源の供給電
力に対する有効消費電力の比(電力効率)は小さ
く、10%〜30%程度であつた。特に、速度可変範
囲の広い、たとえば多段速度切換えができる直流
電動機や、駆動力の可変範囲の広い、たとえば巻
取用の直流電動機では、低速度動作時および低駆
動力動作時の効率が著しく悪くなつていた。 In a normal DC motor, the collector loss of the drive transistor is quite large, and the ratio of effective power consumption to the power supplied by the power supply (power efficiency) is small, about 10% to 30%. In particular, DC motors with a wide speed variable range, such as multi-speed switching, and DC motors with a wide variable drive force range, such as winding motors, have extremely poor efficiency during low speed and low driving force operations. I was getting used to it.
本発明は、そのような点を考慮し、可変出力の
直流電圧を取り出すことのできるスイツチング方
式の電圧変換手段を使用した電力効率の良い電子
整流子型の電動機、特に可変速度電動装置や可変
駆動力電動装置等に好適なもので、低速度動作時
および低駆動力動作時での電力効率のすぐれた電
動機を提供するものである。 Taking these points into consideration, the present invention has been developed to provide a highly power efficient electronic commutator type electric motor using a switching type voltage conversion means capable of extracting a variable output DC voltage, particularly for a variable speed electric device or a variable drive. The present invention provides an electric motor that is suitable for power-driven devices and has excellent power efficiency during low speed operation and low driving force operation.
すなわち、本発明の構成は、モータ可動部の位
置を検出する位置検出手段と、複数相のコイル
と、直流電源から可変出力の直流電圧を得るスイ
ツチング方式の電圧変換手段と、前記電圧変換手
段の出力端子から前記コイルに電流を供給する複
数個の駆動トランジスタからなる駆動トランジス
タ群と、前記コイルへの電流供給を指令する指令
信号に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力に
応動して前記駆動トランジスタ群の通電を分配制
御する分配制御手段と、前記電圧変換手段の出力
電圧を制御する動作検出制御手段を具備し、前記
動作検出制御手段は、基準電圧信号を得る基準電
圧発生手段と、前記駆動トランジスタ群の通電状
態にある前記駆動トランジスタの動作電圧と前記
基準電圧信号を比較する比較手段を含んで構成さ
れ、通電状態にある前記駆動トランジスタの動作
電圧が大きくなると前記電圧変換手段の出力電圧
を小さくし、動作電圧が小さくなると出力電圧を
大きくするように、前記比較手段の出力に応じて
前記電圧変換手段の出力電圧を制御するようにな
され、かつ、前記基準電圧発生手段は前記指令信
号に応動して前記基準電圧信号を変化するように
構成され、前記コイルへの電流供給が小さくなる
と前記基準電圧信号を小さくするようにしたこと
を特徴とするものであり、これにより所期の目的
を達成するものである。 That is, the configuration of the present invention includes a position detection means for detecting the position of a motor movable part, a multi-phase coil, a switching type voltage conversion means for obtaining a variable output DC voltage from a DC power supply, and a voltage conversion means for obtaining a variable output DC voltage from a DC power supply. a drive transistor group consisting of a plurality of drive transistors that supply current to the coil from an output terminal; A distribution control means for distributing and controlling energization of a group of drive transistors, and an operation detection control means for controlling an output voltage of the voltage conversion means, and the operation detection control means includes a reference voltage generation means for obtaining a reference voltage signal; It is configured to include a comparison means for comparing the operating voltage of the drive transistor in the energized state of the drive transistor group with the reference voltage signal, and when the operating voltage of the drive transistor in the energized state increases, the output of the voltage conversion means The output voltage of the voltage conversion means is controlled according to the output of the comparison means so that the voltage is decreased and the output voltage is increased when the operating voltage is decreased, and the reference voltage generation means is configured to control the output voltage of the voltage conversion means according to the output of the comparison means, and the reference voltage generation means The device is configured to change the reference voltage signal in response to a signal, and is characterized in that when the current supply to the coil becomes smaller, the reference voltage signal becomes smaller. It accomplishes its purpose.
以下本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。第2図は本発明の基本ブロツク図である。第
2図において、1は直流電源、2は通電制御器、
3,4,5は駆動トランジスタ、6,7,8は3
相のコイル、9はロータマグネツトより成る界磁
部、10はスイツチング方式の電圧変換器、11
は駆動トランジスタ3,4,5の動作電圧を検出
し、それに基づいて前記電圧変換器10のスイツ
チング動作すなわち負荷(コイル6,7,8)へ
の給電量を制御する動作検出制御器である。な
お、12は上記動作検出制御器11の出力である
動作検出信号、13は通電制御器2に入力される
指令信号を表わす。 The present invention will be explained below based on illustrated embodiments. FIG. 2 is a basic block diagram of the present invention. In Fig. 2, 1 is a DC power supply, 2 is an energization controller,
3, 4, 5 are drive transistors, 6, 7, 8 are 3
phase coil; 9 is a field section consisting of a rotor magnet; 10 is a switching type voltage converter; 11
is an operation detection controller that detects the operating voltages of the drive transistors 3, 4, and 5, and controls the switching operation of the voltage converter 10, that is, the amount of power supplied to the load (coils 6, 7, and 8) based on the operating voltages of the drive transistors 3, 4, and 5. Note that 12 represents a motion detection signal output from the motion detection controller 11, and 13 represents a command signal input to the energization controller 2.
スイチング方式の電圧変換器10は、たとえば
トランジスタ、サイリスタ、FETなどのスイツ
チング半導体、インダクタンス素子、フライホイ
ール・ダイオード、コンデンサ等にて構成され、
スイツチング半導体をオン・オフさせることによ
り、電力供給源である直流電源1から他の直流電
圧を作つており、その出力電圧はオン時間、オフ
時間に関係して広範囲に変化できる。電圧変換器
10の出力電圧は駆動トランジスタ3,4,5を
通してコイル6,7,8に供給される。 The switching type voltage converter 10 is composed of switching semiconductors such as transistors, thyristors, and FETs, inductance elements, flywheel diodes, capacitors, etc.
By turning on and off the switching semiconductor, another DC voltage is generated from the DC power supply 1, which is a power supply source, and the output voltage can vary over a wide range depending on the on time and off time. The output voltage of voltage converter 10 is supplied to coils 6, 7, 8 through drive transistors 3, 4, 5.
通電制御器2はコイル6,7,8と界磁部9の
相対位置を検出する位置検出手段を有し、その位
置検出手段の出力に応じて駆動トランジスタ3,
4,5の通電状態を制御し、界磁部9に同一方向
の持続的な駆動力を発生させている。また、通電
制御器2には指令信号13が加えられ、その指令
信号13の大きさに応じて駆動トランジスタ3,
4,5の動作電圧または動作電流を変化させ、そ
の結果、指令信号13に応じた電圧または電流を
コイル6,7,8に供給する。駆動トランジスタ
3,4,5のうち、少なくとも1個の駆動トラン
ジスタの通電時の動作電圧を動作検出制御器11
にて検出し、その動作検出信号12を電圧変換器
10に加えて、そのスイツチング状態を制御し、
駆動トランジスタの動作電圧を所定値または所定
の範囲となしている。すなわち、指令信号13の
変化を伴う駆動トランジスタ3,4,5の動作電
圧の変化を動作検出制御器11にて検出し、動作
検出信号12に応じて電圧変換器10のスイツチ
ング状態を制御し、電圧変換器10の出力電圧を
変化させ、駆動トランジスタ3,4,5の通電時
の動作電圧を制御するようにしている。その結
果、コイル6,7,8に供給される電圧または電
流に無関係に駆動トランジスタ3,4,5の動作
電圧は所定の低い電圧または電圧範囲に保たれ
る。 The energization controller 2 has a position detection means for detecting the relative positions of the coils 6, 7, 8 and the field part 9, and the drive transistors 3,
4 and 5 are controlled to generate a continuous driving force in the same direction in the field section 9. Further, a command signal 13 is applied to the energization controller 2, and depending on the magnitude of the command signal 13, the drive transistor 3,
4 and 5 are changed, and as a result, a voltage or current according to the command signal 13 is supplied to the coils 6, 7, and 8. The operation detection controller 11 detects the operating voltage of at least one drive transistor among the drive transistors 3, 4, and 5 when the current is energized.
and applies the operation detection signal 12 to the voltage converter 10 to control its switching state,
The operating voltage of the drive transistor is set to a predetermined value or within a predetermined range. That is, the operation detection controller 11 detects changes in the operating voltages of the drive transistors 3, 4, and 5 due to changes in the command signal 13, and controls the switching state of the voltage converter 10 according to the operation detection signal 12. The output voltage of the voltage converter 10 is changed to control the operating voltage when the drive transistors 3, 4, and 5 are energized. As a result, the operating voltages of the drive transistors 3, 4, 5 are kept at a predetermined low voltage or voltage range, regardless of the voltage or current supplied to the coils 6, 7, 8.
このように、通電時の駆動トランジスタの動作
電圧を所定値または所定の電圧範囲となすよう
に、電圧変換器の出力電圧を変化させるならば、
コイルへの供給電圧または電流に無関係に駆動ト
ランジスタの動作電圧は小さくなる。従つて、駆
動トランジスタにおける損失は小さくなる。 In this way, if the output voltage of the voltage converter is changed so that the operating voltage of the drive transistor when energized is at a predetermined value or within a predetermined voltage range,
The operating voltage of the drive transistor is reduced regardless of the supply voltage or current to the coil. Therefore, the loss in the drive transistor is reduced.
また、電圧変換器10は半導体スイツチング素
子をオン、オフ制御して所望の出力電圧を得てい
るために、その変換に伴う損失は極めて小さくな
る。その結果、本実施例の電動機の電力効率は大
幅に向上する。 Furthermore, since the voltage converter 10 obtains a desired output voltage by controlling the semiconductor switching elements on and off, the loss associated with the conversion is extremely small. As a result, the power efficiency of the electric motor of this embodiment is significantly improved.
次に、本発明のより詳細な内容を、電子整流子
型の回転直流電動機の実施例を示して説明する。
第3図は本発明の一実施例を示す回路結線図であ
る。第3図において、破線で囲まれた部分は通電
制御器2、電圧変換器10および動作検出制御器
11であり、第2図にて説明した機能を有するも
のである。その他、第2図に示した構成要素と同
一機能の部品については同一の番号を付してい
る。 Next, more detailed contents of the present invention will be explained by showing an example of an electronic commutator type rotary DC motor.
FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. In FIG. 3, the parts surrounded by broken lines are the energization controller 2, the voltage converter 10, and the operation detection controller 11, which have the functions described in FIG. 2. Other components having the same functions as those shown in FIG. 2 are given the same numbers.
まず、通常の回転駆動動作について説明する。
指令信号13は通電制御器2の電圧・電流変換器
23に入力され、電圧源22の電圧値と比較さ
れ、その両者の差に応じた電流に変換される。指
令信号13は周知の速度検出手段および速度・電
圧変換手段によつて得られるものであり、界磁部
9の回転速度に対応してその値を変化する。 First, the normal rotation drive operation will be explained.
The command signal 13 is input to the voltage/current converter 23 of the energization controller 2, compared with the voltage value of the voltage source 22, and converted into a current according to the difference between the two. The command signal 13 is obtained by well-known speed detection means and speed/voltage conversion means, and changes its value in accordance with the rotational speed of the field section 9.
第4図は電圧・電流変換器23の具体的な構成
例を示す。指令信号13と電圧源22は差動トラ
ンジスタ152,153のベースにそれぞれ印加
され、その電圧差に応じて定電流源150の電流
値を各コレクタ側に分配する。そのコレクタ電流
は、トランジスタ157と158のカレントミラ
ーによつて比較反転され、ベース接地されたトラ
ンジスタ160を介して出力(電流吸込)され
る。 FIG. 4 shows a specific example of the configuration of the voltage/current converter 23. The command signal 13 and the voltage source 22 are applied to the bases of the differential transistors 152 and 153, respectively, and the current value of the constant current source 150 is distributed to each collector side according to the voltage difference. The collector current is compared and inverted by a current mirror of transistors 157 and 158, and is output (current sucked) through a transistor 160 whose base is grounded.
電圧・電流変換器23の出力はトランジスタ3
0,31,32,33と抵抗34,35,36か
らなるカレントミラー回路24によつて電流反転
される。トランジスタ32の出力はダイオード4
6と抵抗47に供給されて、電圧信号イに変換さ
れる。また、トランジスタ33の出力は動作検出
制御器11に供給されて、ダイオード55,56
と抵抗54によつて電圧信号ロに変換されてい
る。 The output of the voltage/current converter 23 is the transistor 3
The current is reversed by a current mirror circuit 24 consisting of resistors 0, 31, 32, 33 and resistors 34, 35, 36. The output of transistor 32 is diode 4
6 and a resistor 47, and is converted into a voltage signal A. Further, the output of the transistor 33 is supplied to the operation detection controller 11, and the output of the transistor 33 is supplied to the operation detection controller 11,
and is converted into a voltage signal B by a resistor 54.
電圧信号イと抵抗28の電圧降下は電圧・電流
変換器27にて比較され、その両者の差に応じた
電流が出力され、差動回路26を構成するトラン
ジスタ42,43,44の共通エミツタ電流とし
て供給される。第5図に電圧・電流変換器27の
構成例を示す。トランジスタ171のベース側に
電圧信号イが印加され、エミツタ側に抵抗28の
電圧降下信号が印加され、その両者の差に応じた
コレクタ電流が流れ、トランジスタ173と17
4からなるカレントミラーによつて電流反転さ
れ、差動回路26に供給される。 The voltage signal A and the voltage drop across the resistor 28 are compared in the voltage/current converter 27, and a current corresponding to the difference between the two is output, and the common emitter current of the transistors 42, 43, and 44 forming the differential circuit 26 is output. Supplied as. FIG. 5 shows an example of the configuration of the voltage/current converter 27. A voltage signal A is applied to the base side of the transistor 171, a voltage drop signal of the resistor 28 is applied to the emitter side, and a collector current according to the difference between the two flows, and the transistors 173 and 17
The current is inverted by a current mirror consisting of 4, and is supplied to the differential circuit 26.
差動回路26のトランジスタ42,43,44
の各ベース端子には位置検出器25のホール素子
38,39,40の出力電圧がそれぞれ印加され
ている。ホール素子38,39,40は界磁部9
の磁束を感知し、その回転位置に応じたアナログ
電圧信号を発生する。トランジスタ42,43,
44はそのベース電圧の差に応じて共通エミツタ
電流を各コレクタ電流に分配し、ベース電圧の最
も低いトランジスタのコレクタ電流が最も大きく
なり、他のトランジスタのコレクタ電流は零とな
る。トランジスタ42,43,44の各コレクタ
電流は駆動トランジスタ3,4,5の各ベース電
流となり、電流増幅されてコイル6,7,8へ供
給される。コイル6,7,8への供給電流は抵抗
28の電圧降下として検出され、電圧・電流変換
器27に入力される。 Transistors 42, 43, 44 of differential circuit 26
The output voltages of the Hall elements 38, 39, and 40 of the position detector 25 are applied to each base terminal of the position detector 25, respectively. The Hall elements 38, 39, 40 are the field part 9
It senses the magnetic flux of the sensor and generates an analog voltage signal according to its rotational position. Transistors 42, 43,
44 distributes the common emitter current to each collector current according to the difference in base voltage, and the collector current of the transistor with the lowest base voltage becomes the largest, and the collector current of the other transistors becomes zero. The collector currents of the transistors 42, 43, 44 become the base currents of the drive transistors 3, 4, 5, are amplified and supplied to the coils 6, 7, 8. The current supplied to the coils 6, 7, and 8 is detected as a voltage drop across the resistor 28, and is input to the voltage/current converter 27.
これにより、電圧・電流変換器27、差動回路
26、駆動トランジスタ3,4,5および抵抗2
8によつて第1の帰還ループ(電流帰還ループ)
が構成され、コイル6,7,8への供給電流は確
実に電圧信号イ(従つて指令電圧信号13)に対
応した電流値となしている。その結果、トランジ
スタ3,4,5のhFEバラツキ等の影響は著しく
小さくなる。また、界磁部9の回転に伴つてホー
ル素子38,39,40の出力電圧が変化し、対
応するコイルに電流を供給するように、駆動トラ
ンジスタ3,4,5の通電を制御し、切り換えて
ゆく。 As a result, the voltage/current converter 27, the differential circuit 26, the drive transistors 3, 4, 5, and the resistor 2
8 to the first feedback loop (current feedback loop)
is configured, and the current supplied to the coils 6, 7, and 8 is ensured to have a current value corresponding to the voltage signal A (therefore, the command voltage signal 13). As a result, the influence of h FE variations in transistors 3, 4, and 5 is significantly reduced. Further, the output voltages of the Hall elements 38, 39, 40 change with the rotation of the field section 9, and the energization of the drive transistors 3, 4, 5 is controlled and switched so that current is supplied to the corresponding coil. I'm going to go.
なおコンデンサ45は上述の帰還ループの位相
補償のためにつけている。また、コイル6,7,
8に並列に接続されている抵抗48,50,52
とコンデンサ49,51,53の直列回路は停電
路の切換えに伴うスパイク電圧を低減するもので
ある。 Note that the capacitor 45 is provided for phase compensation of the above-mentioned feedback loop. In addition, coils 6, 7,
Resistors 48, 50, 52 connected in parallel to 8
The series circuit of capacitors 49, 51, and 53 reduces the spike voltage caused by switching the power outage path.
次に電圧変換器10および動作検出制御器11
の動作について説明する。電圧変換器10は、直
流電源1の正極端子(Vs=20V)からコイル6,
7,8の共通接続端子へ至る給電回路中にエミツ
タ・コレクタ路を直列にして挿入された給電制御
用半導体スイツチング素子を構成するところのス
イツチング・トランジスタ64と、そのバイアス
用抵抗65,66と、上記スイツチング・トラン
ジスタ64を制御するためのトランジスタ67
と、フライホイール・ダイオード68と、インダ
クタンス素子69と、コンデンサ70と、スイツ
チング制御器29によつて構成されている。スイ
ツチング制御器29は、たとえば鋸歯状波発振器
とコンパレータ等の周知の種々の構成を利用で
き、動作検出制御器11の動作検出信号12に応
じたデユテイのパルス信号を得て、トランジスタ
67および64をオン・オフ制御する。 Next, the voltage converter 10 and the operation detection controller 11
The operation will be explained. The voltage converter 10 connects the positive terminal (Vs=20V) of the DC power supply 1 to the coil 6,
A switching transistor 64 constituting a semiconductor switching element for power supply control, whose emitter-collector path is inserted in series in a power supply circuit leading to the common connection terminals 7 and 8, and its bias resistors 65 and 66; a transistor 67 for controlling the switching transistor 64;
, a flywheel diode 68 , an inductance element 69 , a capacitor 70 , and a switching controller 29 . The switching controller 29 can utilize various well-known configurations, such as a sawtooth wave oscillator and a comparator, and obtains a pulse signal with a duty according to the operation detection signal 12 of the operation detection controller 11, and controls the transistors 67 and 64. Control on/off.
動作検出制御器11は、基準の電圧信号ロを得
るダイオード55,56、抵抗54と、駆動トラ
ンジスタ3,4,5の通電時の動作電圧と基準電
圧信号ロとを比較する検出トランジスタ57,5
8,59と、この検出トランジスタ57,58,
59の出力電流を合成し電流反転するダイオード
60、トランジスタ62、抵抗61,63からな
るカレントミラー回路により構成されている。 The operation detection controller 11 includes diodes 55, 56, a resistor 54, which obtains a reference voltage signal RO, and detection transistors 57, 5, which compare the operating voltage of the drive transistors 3, 4, 5 when energized with the reference voltage signal RO.
8, 59, and the detection transistors 57, 58,
It is constituted by a current mirror circuit consisting of a diode 60, a transistor 62, and resistors 61 and 63, which combine the output currents of the transistors 59 and invert the current.
前記電圧変換器10の出力電圧VMはスイツチ
ング・トランジスタ64のオン時間・オフ時間
(実質的なデユテイ比率)に関係して変化する。
このスイツチング・トランジスタ64がオンの時
にはViVsとなり、直流電源1はインダクタン
ス素子69を通して負荷側に電流を供給する。ス
イツチング・トランジスタ64がオフの時には、
フライホイール・ダイオード68がオンとなり、
インダクタンス素子69に蓄えられたエネルギー
を負荷側に供給する。その結果、電圧変換器10
の出力電圧VMはトランジスタ64のオン時間の
デユテイに対応した値となる。 The output voltage V M of the voltage converter 10 changes in relation to the on-time and off-time (substantive duty ratio) of the switching transistor 64.
When this switching transistor 64 is on, the voltage becomes ViVs, and the DC power supply 1 supplies current to the load side through the inductance element 69. When switching transistor 64 is off,
Flywheel diode 68 turns on,
The energy stored in the inductance element 69 is supplied to the load side. As a result, voltage converter 10
The output voltage V M has a value corresponding to the on-time duty of the transistor 64.
電圧変換器10の出力電圧VMは3相のコイル
6,7,8および駆動トランジスタ3,4,5に
供給され、前述の通電制御器2の動作に従つて順
次活性となる駆動トランジスタが切り換つてゆ
く。 The output voltage V M of the voltage converter 10 is supplied to the three-phase coils 6, 7, 8 and the drive transistors 3, 4, 5, and the drive transistors are sequentially activated and turned off according to the operation of the energization controller 2 described above. I'm going to change it.
動作検出制御器11は通電状態にある駆動トラ
ンジスタの動作電圧(ここではコレクタ・エミツ
タ間電圧VCE)を検出しており、このことについ
て更に説明する。通電制御器2のカレントミラー
回路24のトランジスタ33の出力電流がダイオ
ード55,56と抵抗54に入力され、駆動トラ
ンジスタ3,4,5の共通接続端子(本実施例で
はエミツタ端子)から所定電圧値の基準電圧信号
ロを発生する。検出トランジスタ57,58,5
9の各エミツタ側は基準端子として基準電位点
(信号ロの点)に直流的に直接または抵抗、ダイ
オード等を介して接続され、各ベース端子は検出
端子として駆動トランジスタ3,4,5の各出力
端子(コレクタ端子)に直流的に接続されてい
る。その結果、駆動トランジスタ3,4,5の動
作電圧が上述の基準電圧信号ロよりもエミツタ・
ベース間順方向電圧VD分小さくなると、対応す
る検出トランジスタが導通し、コレクタ側に電流
を出力する。 The operation detection controller 11 detects the operating voltage (collector-emitter voltage V CE here) of the drive transistor in the energized state, and this will be further explained. The output current of the transistor 33 of the current mirror circuit 24 of the energization controller 2 is input to the diodes 55, 56 and the resistor 54, and a predetermined voltage value is applied from the common connection terminal (the emitter terminal in this embodiment) of the drive transistors 3, 4, 5. Generates the reference voltage signal RO. Detection transistors 57, 58, 5
Each emitter side of 9 is connected as a reference terminal to a reference potential point (signal RO point) directly or via a resistor, diode, etc., and each base terminal is connected as a detection terminal to each of drive transistors 3, 4, and 5. Connected to the output terminal (collector terminal) in a direct current manner. As a result, the operating voltages of the drive transistors 3, 4, and 5 are lower than the reference voltage signal LO mentioned above.
When the base-to-base forward voltage V D decreases, the corresponding detection transistor becomes conductive and outputs a current to the collector side.
第6図に駆動トランジスタ5が活性となつてい
る場合の電流路を示す。その電流路は、
電圧変換器10の出力VM→コイル8→駆動ト
ランジスタ5→抵抗28→側電源(アース電位
点)となり、通電状態にある駆動トランジスタ5
の動作電圧VCEが他の駆動トランジスタ3,4の
電圧よりも小さくなる。従つて、トランジスタ5
のVCEと基準電圧信号ロが検出トランジスタ59
によつて比較され、その差に応じたコレクタ電流
が出力される。 FIG. 6 shows the current path when the drive transistor 5 is activated. The current path is the output V M of the voltage converter 10 → the coil 8 → the drive transistor 5 → the resistor 28 → the side power supply (earth potential point), and the drive transistor 5 in the energized state
The operating voltage V CE of the transistor becomes smaller than the voltage of the other drive transistors 3 and 4. Therefore, transistor 5
V CE and the reference voltage signal LO are the detection transistor 59
A collector current corresponding to the difference is output.
各検出トランジスタ57,58,59の出力電
流は合成され(コレクタ側を共通接続)、トラン
ジスタ62、ダイオード60、抵抗61,63の
カレントミラーによつて反転増幅され、動作検出
信号12として出力される。ここでは、信号12
は電流信号であるが、抵抗によつて容易に電圧信
号に変換できる。この動作検出信号12は電圧変
換器10に入力され、その出力電圧VMを可変制
御する。 The output currents of the detection transistors 57, 58, and 59 are combined (collector sides are commonly connected), inverted and amplified by a current mirror of a transistor 62, a diode 60, and resistors 61 and 63, and output as an operation detection signal 12. . Here, signal 12
is a current signal, but it can be easily converted to a voltage signal using a resistor. This operation detection signal 12 is input to the voltage converter 10 and variably controls its output voltage VM .
これにより、動作検出制御器11、電圧変換器
10、およびコイル6,7,8によつて第2の帰
還ループを構成され、前述の駆動トランジスタの
動作電圧(通電時)を検出し、その動作電圧が所
定値(基準電圧信号ロに対応)に等しくもしくは
ほぼ等しくなるようにしている。 As a result, a second feedback loop is configured by the operation detection controller 11, the voltage converter 10, and the coils 6, 7, and 8, and detects the operation voltage (when energized) of the drive transistor described above, and detects the operation of the drive transistor. The voltage is made equal to or approximately equal to a predetermined value (corresponding to reference voltage signal B).
これについて更に説明する。コイルへの供給電
流が大きくなり、駆動トランジスタの動作電圧が
小さくなると、検出トランジスタの出力電流、従
つて、動作検出信号12が大きくなり、スイツチ
ング制御器29の動作によりスイツチング・トラ
ンジスタ64のオン時間デユテイを大きくし、電
圧変換器10の出力電圧VMを大きくして、駆動
トランジスタの動作電圧を大きくする。逆に、コ
イルへの供給電流が小さくなり、駆動トランジス
タの動作電圧が大きくなると、検出トランジスタ
の出力電流、従つて動作検出信号12が小さくな
り、スイツチング制御器29はスイツチング・ト
ランジスタ64のオン時間デユテイを小さくし、
電圧変換器10の出力電圧VMを小さくして、駆
動トランジスタの動作電圧を小さくする。 This will be further explained. When the current supplied to the coil increases and the operating voltage of the drive transistor decreases, the output current of the detection transistor and therefore the operation detection signal 12 increases, and the on-time duty of the switching transistor 64 increases due to the operation of the switching controller 29. is increased, the output voltage V M of the voltage converter 10 is increased, and the operating voltage of the drive transistor is increased. Conversely, when the current supplied to the coil becomes smaller and the operating voltage of the drive transistor becomes larger, the output current of the detection transistor and therefore the operation detection signal 12 becomes smaller, causing the switching controller 29 to adjust the on-time duty of the switching transistor 64. make it smaller,
The output voltage V M of the voltage converter 10 is reduced to reduce the operating voltage of the drive transistor.
このように、駆動トランジスタの動作電圧を検
出して、その値が所定の小さな値となるように電
圧変換器10の出力電圧VMを可変制御するなら
ば、駆動トランジスタにおけるコレクタ損失は著
しく小さくなる。また、スイツチング・トランジ
スタ64をオン・オフ動作させて、そのオン時間
デユテイを変化させることによつて所要の出力電
圧VMを得ているために、電圧変換器10の電圧
変換に伴う損失は極めて小さい。その結果、電力
効率は大幅に改善される。 In this way, if the operating voltage of the drive transistor is detected and the output voltage V M of the voltage converter 10 is variably controlled so that its value becomes a predetermined small value, the collector loss in the drive transistor will be significantly reduced. . Furthermore, since the required output voltage V M is obtained by turning the switching transistor 64 on and off and changing its on-time duty, the loss accompanying the voltage conversion of the voltage converter 10 is extremely low. small. As a result, power efficiency is significantly improved.
さらに、本実施例では、入力端子側を直流的に
直接または抵抗、ダイオード等を介して基準電圧
信号ロの電位点に接続し、検出端子側を直流的に
駆動トランジスタ3,4,5の各出力端子に接続
したPNP形の検出トランジスタを使用している
ために、駆動トランジスタ3,4,5の動作電圧
の検出に必要とされる素子は、トランジスタ5
7,58,59,62、ダイオード55,56,
60、抵抗54,61,63となり、単一のシリ
コン・チツプ上に集積回路化が可能となる(トラ
ンジスタ、ダイオード、抵抗が集積化できること
は周知である)。 Furthermore, in this embodiment, the input terminal side is connected to the potential point of the reference voltage signal RO directly or via a resistor, a diode, etc., and the detection terminal side is connected to each of the drive transistors 3, 4, and 5 in a DC manner. Since a PNP type detection transistor connected to the output terminal is used, the element required to detect the operating voltage of drive transistors 3, 4, and 5 is transistor 5.
7, 58, 59, 62, diode 55, 56,
60, resistors 54, 61, and 63, making it possible to integrate the circuit on a single silicon chip (it is well known that transistors, diodes, and resistors can be integrated).
その結果、第3図の電動機の回路部分をモノリ
シツク集積回路にて構成する場合に、外付部品が
少なくなり製造が著しく容易となる。また、その
検出特性も相間のバラツキも小さく、検出に必要
な電流も小さくて良い。さらに、ラテラル構造の
PNP形トランジスタを検出トランジスタに使用
すれば、ベース・エミツタ間耐圧およびベース・
コレクタ間耐圧が大きくなり、信頼性が向上す
る。 As a result, when the circuit portion of the electric motor shown in FIG. 3 is constructed from a monolithic integrated circuit, the number of external parts is reduced, and manufacturing becomes significantly easier. In addition, the detection characteristics have small variations between phases, and the current required for detection can be small. Furthermore, the lateral structure
If a PNP transistor is used as the detection transistor, the base-emitter breakdown voltage and base-emitter
Collector-to-collector breakdown voltage is increased, improving reliability.
また、本実施例では、駆動トランジスタ3,
4,5の動作電圧と比較する基準電圧信号ロを指
令電圧信号13に応動して変化させ、コイル6,
7,8への供給電流(すなわち駆動トランジスタ
の通電電流)が大きい時に、信号ロを大きくし、
供給電流の小さい時に信号ロを小さくしている。
これにより、駆動トランジスタの動作電圧VCE
が、その通電電流の大小にかかわらず確実に能動
領域内の小さな電圧値となるように電圧変換器1
0の出力電圧VMが制御される。このような動作
は、特に、駆動トランジスタの飽和を考えると重
要である。 Further, in this embodiment, the drive transistors 3,
The reference voltage signal RO, which is compared with the operating voltage of coils 4 and 5, is changed in response to the command voltage signal 13, and the coils 6,
When the supply current to 7 and 8 (that is, the current flowing through the drive transistor) is large, the signal LO is increased,
Signal low is reduced when the supply current is small.
This reduces the operating voltage of the drive transistor V CE
The voltage converter 1 is designed to ensure that the voltage value is small within the active region regardless of the magnitude of the current flowing through it.
0 output voltage V M is controlled. Such operation is particularly important in view of saturation of the drive transistor.
これについて更に説明する。第7図に示すよう
に、トランジスタの飽和電圧は通電電流に比例し
て大きくなり、逆に、能動領域は狭くなつてゆ
く。いま電圧信号ロを一定(抵抗54、ダイオー
ド55,56の両端電圧が一定)の場合を考え
る。駆動トランジスタが飽和状態になりかつその
通電電流を大きくするように動作するならば通電
電流の増大に伴つて動作電圧(この場合は飽和電
圧)が大きくなる。従つて、基準電圧信号ロと動
作電圧の差は小さくなり、検出トランジスタの出
力電流、従つて動作検出信号12が小さくなり、
電圧変換器10の出力電圧VMを小さくする。そ
の結果、コイルに十分な電流が供給されないとい
う好ましくない動作を生じる(電圧変換器10の
出力電圧範囲にはまだ十分余裕がある)。一方、
本実施例のごとく、電圧信号ロを通電電流に応動
して連動変化させるならば、通電電流の増大に伴
う駆動トランジスタの飽和電圧の増加よりも電圧
信号ロの増加を大きくできるために、検出トラン
ジスタは十分に順方向バイアスされ、コイルに十
分な電流を供給すると共に、駆動トランジスタは
活性領域の所定の電圧値にて動作するように電圧
変換器10の出力は変化する。従つてコイルへの
供給電流にかかわらず、すなわち、駆動トランジ
スタの動作電流にかかわらず、第2の帰還ループ
は確実に動作する。 This will be further explained. As shown in FIG. 7, the saturation voltage of the transistor increases in proportion to the conducting current, and conversely, the active region becomes narrower. Now, let us consider the case where the voltage signal RO is constant (the voltages across the resistor 54 and the diodes 55 and 56 are constant). If the drive transistor is in a saturated state and operates to increase its current, the operating voltage (in this case, the saturation voltage) increases as the current flows. Therefore, the difference between the reference voltage signal 12 and the operating voltage becomes small, and the output current of the detection transistor, and therefore the operation detection signal 12, becomes small.
Decrease the output voltage V M of the voltage converter 10. As a result, an undesirable operation occurs in which not enough current is supplied to the coil (there is still sufficient margin in the output voltage range of the voltage converter 10). on the other hand,
As in this embodiment, if the voltage signal B is changed in response to the conducting current, the increase in the voltage signal B can be larger than the increase in the saturation voltage of the drive transistor due to an increase in the conducting current. The output of the voltage converter 10 varies so that it is sufficiently forward biased to supply sufficient current to the coil and the drive transistor operates at a predetermined voltage value in the active region. Therefore, the second feedback loop operates reliably regardless of the current supplied to the coil, ie, regardless of the operating current of the drive transistor.
しかし、本発明はそのような場合に限らず、基
準電圧信号ロを一定となしても良い。第8図は信
号ロを一定となした本発明の他の実施例の回路結
線図を示す。本実施例では、直流電源1より定電
流源200をひきだし、ダイオード55,56、
抵抗54に供給している。 However, the present invention is not limited to such a case, and the reference voltage signal B may be kept constant. FIG. 8 shows a circuit connection diagram of another embodiment of the present invention in which the signal L is kept constant. In this embodiment, a constant current source 200 is drawn from the DC power source 1, and diodes 55, 56,
It is supplied to the resistor 54.
以上の実施例のようにスイツチング方式の電圧
変換器を使用し、駆動トランジスタの動作電圧を
所定値に保つように電子整流子型の直流電動機を
構成すると、次のような数々の効果が得られる。 When an electronic commutator type DC motor is configured using a switching type voltage converter to maintain the operating voltage of the drive transistor at a predetermined value as in the above example, the following numerous effects can be obtained. .
(1) 電力利用率が極めて高い。従つて、特に、可
変速度電動機および可変駆動力電動機を得るの
に好適である。(1) The electricity utilization rate is extremely high. It is therefore particularly suitable for obtaining variable speed motors and variable drive power motors.
(2) 駆動トランジスタの定格電力が小さくなる。(2) The rated power of the drive transistor becomes smaller.
(3) 駆動トランジスタおよび電圧変換部での放熱
が少ない。(3) There is little heat dissipation in the drive transistor and voltage conversion section.
(4) 電圧変換に伴うスイツチング・ノイズはコイ
ルに生じない。(4) Switching noise associated with voltage conversion does not occur in the coil.
(5) 整流子(刷子)雑音が生じない。(5) Commutator (brush) noise does not occur.
(6) ノイズに対するシールドは、電圧変換器の部
分だけで良く、簡単である。(6) Shielding against noise is simple, requiring only the voltage converter.
さらに、前述の実施例のように、コイルへの供
給電流を指令信号に応じた値になすとともに、動
作検出制御器の基準電圧信号を指令信号に応じて
変化させるならば、次のような効果も得ることが
できる。 Furthermore, as in the above embodiment, if the current supplied to the coil is set to a value according to the command signal and the reference voltage signal of the operation detection controller is changed according to the command signal, the following effects can be obtained. You can also get
(a) コイルへの供給電流が小さい時の駆動トラン
ジスタの動作電圧を大幅に小さくできるので、
小電流供給時の駆動トランジスタにおける電力
損失を大幅に小さくできる。従つて、電力効率
が改善される。特に、定常的な速度制御状態の
時には供給電流がかなり小さくなつているの
で、大幅な効率改善の効果が得られる。(a) The operating voltage of the drive transistor can be significantly reduced when the current supplied to the coil is small.
Power loss in the drive transistor when a small current is supplied can be significantly reduced. Therefore, power efficiency is improved. In particular, since the supplied current is considerably small during steady speed control, a significant efficiency improvement can be achieved.
(b) コイルへの供給電流が大きい時の駆動トラン
ジスタの動作電圧を大きくできるので、大電流
供給時でも駆動トランジスタ安定に能動領域で
動作する。従つて、駆動トランジスタの動作電
圧の制御は、コイル電流の値および変動にかか
わらず安定に行なわれる。(b) Since the operating voltage of the drive transistor can be increased when a large current is supplied to the coil, the drive transistor operates stably in the active region even when a large current is supplied. Therefore, the operating voltage of the drive transistor is stably controlled regardless of the value and fluctuation of the coil current.
なお、本発明は回転運動する回転電動機に限ら
ず、界磁部とコイルが直進的に相対移動する、い
わゆる直進電動機の場合も同様に実施できること
はいうまでもない。さらに、永久磁石による安定
な界磁部に限らず、固定磁化された界磁部ならば
いかなる構造のものでも良く、たとえば直流励磁
される磁極構造のものであつても使用可能である
し、相数についても3相に限らず、任意である。 It goes without saying that the present invention is not limited to a rotary electric motor that rotates, but can be similarly applied to a so-called linear electric motor in which a field portion and a coil move linearly relative to each other. Furthermore, it is not limited to a stable field part made of a permanent magnet, but any structure can be used as long as the field part is fixedly magnetized. For example, even a magnetic pole structure excited by direct current can be used, and The number of phases is also not limited to three, but may be arbitrary.
また、位置検出手段は前述の実施例に示したご
ときホール素子等の磁電変換素子に限らず、たと
えば高周波結合を利用する方法を用いても良い。
またスイツチング・トランジスタ64の代りに、
FET、サイリスタ等の半導体素子を使用できる。 Further, the position detecting means is not limited to the magneto-electric transducer such as the Hall element shown in the above-mentioned embodiments, but may also use a method using high frequency coupling, for example.
Also, instead of the switching transistor 64,
Semiconductor elements such as FETs and thyristors can be used.
また、前述の実施例では、電圧変換器の出力電
圧は直流電源より低くしたが、本発明はそのよう
な場合に限らず、たとえば乾電池等の低電圧電源
から高い出力電圧に変換し、コイルに供給するよ
うにしても良い。また、電圧変換器の構成は前述
の実施例に限定されず、インバータ方式、周波数
変調型チヨツパ方式、パルス幅変調型チヨツパ方
式等の周知の各種の方法、構成を採用し得る。そ
の他、本発明の主旨にもとづいて種々の変形が可
能である。 Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the output voltage of the voltage converter was lower than the DC power supply, but the present invention is not limited to such a case. It may also be supplied. Further, the configuration of the voltage converter is not limited to the above-described embodiment, and various known methods and configurations such as an inverter type, a frequency modulation type chopper type, and a pulse width modulation type chopper type can be adopted. In addition, various modifications are possible based on the gist of the present invention.
以上の説明から明らかなように、本発明の電動
機は、電力効率が著しく改善されたものとなり、
さらに、駆動トランジスタの動作電圧の検出も簡
単な構成で確実に行ない得る利点を有する。従つ
て、本発明に基づき、たとえば音響機器または映
像機器に使用する電子整流子型の直流電動機を構
成するならば、消費電力が極めて小さく、高性能
のものにし得る。 As is clear from the above description, the electric motor of the present invention has significantly improved power efficiency.
Furthermore, there is an advantage that the operating voltage of the drive transistor can be detected reliably with a simple configuration. Therefore, if an electronic commutator type DC motor used for, for example, audio equipment or video equipment is configured based on the present invention, it can be made to have extremely low power consumption and high performance.
第1図は従来の電動機の構成図、第2図は本発
明の電動機の基本構成図、第3図は本発明の一実
施例を示す回路結線図、第4図は電圧・電流変換
器23の一具体的な構成例図、第5図は電圧・電
流変換器27の一具体的な構成例図、第6図は第
3図の回路動作を説明するための図、第7図はト
ランジスタの動作領域を表わす図、第8図は本発
明の他の実施例を示す回路結線図である。
1……直流電源、2……通電制御器、3,4,
5……駆動トランジスタ、6,7,8……コイ
ル、9……界磁部、10……電圧変換器、11…
…動作検出制御器、12……動作検出信号、13
……指令信号、23,27……電圧・電流変換
器、24……カレントミラー回路、25……位置
検出器、26……差動回路、29……スイツチン
グ制御器、38,23,40……ホール素子、5
7,58,59……検出トランジスタ、64……
スイツチング・トランジスタ。
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional electric motor, FIG. 2 is a basic configuration diagram of an electric motor according to the present invention, FIG. 3 is a circuit connection diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a voltage/current converter 23. FIG. 5 is a diagram of a specific configuration example of the voltage/current converter 27, FIG. 6 is a diagram for explaining the circuit operation of FIG. 3, and FIG. 7 is a diagram of a transistor FIG. 8 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the present invention. 1... DC power supply, 2... Energization controller, 3, 4,
5... Drive transistor, 6, 7, 8... Coil, 9... Field section, 10... Voltage converter, 11...
...Motion detection controller, 12...Motion detection signal, 13
...Command signal, 23, 27...Voltage/current converter, 24...Current mirror circuit, 25...Position detector, 26...Differential circuit, 29...Switching controller, 38, 23, 40... ...Hall element, 5
7, 58, 59...detection transistor, 64...
switching transistor.
Claims (1)
と、複数相のコイルと、直流電源から可変出力の
直流電圧を得るスイツチング方式の電圧変換手段
と、前記電圧変換手段の出力端子から前記コイル
に電流を供給する複数個の駆動トランジスタから
なる駆動トランジスタ群と、前記コイルへの電流
供給を指令する指令信号に対応し、かつ、前記位
置検出手段の出力に応動して前記駆動トランジス
タ群の通電を分配制御する分配制御手段と、前記
電圧変換手段の出力電圧を制御する動作検出制御
手段を具備し、前記動作検出制御手段は、基準電
圧信号を得る基準電圧発生手段と、前記駆動トラ
ンジスタ群の通電状態にある前記駆動トランジス
タの動作電圧と前記基準電圧信号を比較する比較
手段を含んで構成され、通電状態にある前記駆動
トランジスタの動作電圧が大きくなると前記電圧
変換手段の出力電圧を小さくし、動作電圧が小さ
くなると出力電圧を大きくするように、前記比較
手段の出力に応じて前記電圧変換手段の出力電圧
を制御するようになされ、かつ、前記基準電圧発
生手段は前記指令信号に応動して前記基準電圧信
号を変化するように構成され、前記コイルへの電
流供給が小さくなると前記基準電圧信号を小さく
するようにした電動機。 2 比較手段は、各ベース端子側を駆動トランジ
スタ群の各出力端子とコイルの接続端に接続さ
れ、各エミツタ端子側を共通接続して基準電圧発
生手段の基準電圧信号に対応した電位点に接続さ
れた複数個の検出トランジスタを含んで構成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の電動機。[Scope of Claims] 1. Position detection means for detecting the position of a movable part of the motor, a multi-phase coil, a switching type voltage conversion means for obtaining a variable output DC voltage from a DC power supply, and an output of the voltage conversion means. A drive transistor group consisting of a plurality of drive transistors that supply current to the coil from a terminal, and a drive transistor group that corresponds to a command signal that instructs current supply to the coil and in response to the output of the position detection means. A distribution control means for distributing and controlling energization of a group of transistors, and an operation detection control means for controlling an output voltage of the voltage conversion means, and the operation detection control means includes a reference voltage generation means for obtaining a reference voltage signal, and a reference voltage generation means for obtaining a reference voltage signal; The device includes comparison means for comparing the operating voltage of the drive transistor in the energized state of the drive transistor group with the reference voltage signal, and when the operating voltage of the drive transistor in the energized state increases, the output voltage of the voltage conversion means increases. The output voltage of the voltage converting means is controlled in accordance with the output of the comparing means so that the output voltage is increased when the operating voltage becomes smaller, and the reference voltage generating means is controlled by the command signal. The electric motor is configured to change the reference voltage signal in response to the change in the reference voltage signal, and is configured to reduce the reference voltage signal when the current supply to the coil becomes smaller. 2 The comparison means has each base terminal connected to each output terminal of the drive transistor group and the connection end of the coil, and each emitter terminal side connected in common to a potential point corresponding to the reference voltage signal of the reference voltage generation means. 2. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor includes a plurality of detection transistors.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57034564A Granted JPS58151889A (en) | 1982-03-04 | 1982-03-04 | Motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58151889A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55120387A (en) * | 1979-03-06 | 1980-09-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor |
-
1982
- 1982-03-04 JP JP57034564A patent/JPS58151889A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55120387A (en) * | 1979-03-06 | 1980-09-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58151889A (en) | 1983-09-09 |
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