JPH1189275A - ブラシレスモータ駆動制御装置およびそれを用いた電気機器 - Google Patents
ブラシレスモータ駆動制御装置およびそれを用いた電気機器Info
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- JPH1189275A JPH1189275A JP9248076A JP24807697A JPH1189275A JP H1189275 A JPH1189275 A JP H1189275A JP 9248076 A JP9248076 A JP 9248076A JP 24807697 A JP24807697 A JP 24807697A JP H1189275 A JPH1189275 A JP H1189275A
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Abstract
ができ、また通電重なり期間を短くしても騒音・振動の
低減効果の大きいブラシレスモータの駆動制御装置およ
びそれを用いた電気機器を提供することを目的とする。 【解決手段】スイッチング素子オン手段5aは誘起電圧
位相に対して、誘起電圧ゼロクロスから電気角で35度
を越えてスイッチング素子3をオンする構成により、通
電重なり期間を短くしてもトルクリップル・トルク変化
率を大幅に低減でき、騒音・振動を抑えることができ
る。
Description
井埋め込み型等の換気扇に使用されるブラシレスモータ
の駆動装置およびそれを搭載した電気機器に関するもの
である。
て、最適な風量で換気ができるレンジフードや天井埋め
込み型等の換気扇に搭載するための、制御性の良いファ
ンモータとして、ブラシレスモータの採用が求められて
いる。
御装置は、図12〜図17に示すような構成であった。
図12の場合は、104は中性点非接地スター結線され
た駆動コイルU・V・Wで、102はロータ101の回
転位置を検出する位置検出素子であるホール素子H1・
H2・H3で、このホール素子群102からの位置検出
信号を基に誘起電圧位相に対し誘起電圧ゼロクロスから
電気角で30度後に複数のスイッチング素子群103で
あるスイッチング用トランジスタQ1〜Q6を所定のオ
ン・オフの組み合わせとなるように駆動し、複数の駆動
コイル104に矩形波120度通電を順次行って、ロー
タ101を回転させるよう構成されていた。
スタQ1〜Q6にベース電流を供給するドライブ回路
で、106は通電のために所定の制御信号をドライブ回
路に供給するマイクロコンピュータであり、107はマ
イクロコンピュータ106により設定された時間が経過
するときタイムオーバ信号を出力するタイマで、108
はホール素子H1・H2・H3からの磁極位置検知信号
の時間間隔を測定するカウンタで、このカウンタ108
にて測定した磁極位置検知信号の時間間隔からあらかじ
め設定された通電重なり角度に対応する時間を算出し、
マイクロコンピュータ106がタイマ107を制御する
ことによって、駆動コイル104に通電する期間に一定
の割合で重なりを持たせてロータ101を回転させるよ
う構成されていた。
シレスモータでは、図12のような構成の場合、電気角
で60度毎に電流の通流相が切り替わる転流動作がある
ため、転流時にはそれまで流れていた相の電流が零にな
るまでの環流電流と、切り替わった相での立ち上がり電
流との和に大きな落ち込みが生じるために、大きなトル
クリップルが発生し、騒音・振動が大きくなるという課
題があり、トルクリップルを低減することが要求されて
いる。
るので、環流電流の期間が短く急になるうえ、誘起電圧
成分が低い段階で通電を開始することにより、立ち上が
り電流が急となるため、瞬時トルクの変化率が大きくな
り、騒音・振動の低減効果が少ないという課題があり、
トルク変化率を低減することが要求されている。
急激な変化に伴い、トルクの高調波成分、特に6次・1
2次調波成分が大きくなるため、ブラシレスモータを搭
載した換気扇などの本体・ファンとの共振により騒音が
高くなるという課題があり、トルクの高調波成分を低減
することが要求されている。
のものと瞬時トルクの変化率が大きくなるという課題は
同様であり、これに加えて、導通角を150度以上に拡
げないと、トルクリップルおよびトルク変化率の低減効
果が低くなるため、通電重なり期間が長くなると、マイ
クロコンピュータの処理速度を早くするか、あるいはモ
ータの最高回転数を低くする必要があるため、コストア
ップになるという課題があり、通電重なり期間を短くす
ることが要求されている。
るものであり、トルクリップルを低減することができ、
またトルク変化率を低減することができ、またトルクの
高調波成分を低減することができ、また通電重なり期間
を短くしても騒音・振動の低減効果の大きいブラシレス
モータの駆動制御装置およびそれを用いた電気機器を提
供することを目的とする。
タの駆動装置は上記目的を達成するために第1の手段
は、スイッチング素子オン手段は誘起電圧位相に対して
誘起電圧ゼロクロスから電気角で35度を越えてスイッ
チング素子をオンすることを特徴とするブラシレスモー
タ駆動制御装置の構成としたものである。
も、トルクリップル・トルク変化率およびトルクの高調
波成分を低減できるブラシレスモータの駆動制御装置が
得られる。
手段は、各駆動コイルの非通電相の駆動コイルに生じる
誘起電圧のゼロクロスに相当する信号あるいは通電切替
の基準となる信号を検出してゼロクロス検出信号を出力
する位相検出手段と、この位相検出手段から得られるゼ
ロクロス検出信号が出力されてから次のゼロクロス検出
信号が出力されるまでの時間間隔を測定するゼロクロス
時間間隔測定手段と、通電する電気角を設定する通電電
気角設定手段と、この通電電気角設定手段により設定さ
れた電気角に対応する通電時間を前記ゼロクロス時間間
隔に応じて算出する通電時間算出手段と、前記位相検出
手段のゼロクロス検出信号を捉え、その時の回転子位置
に応じてそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するよう
あらかじめ決められた所定のスイッチング素子をオンす
るスイッチング素子オン手段と、前記通電時間算出手段
により算出した時間経過後に今回オンしたスイッチング
素子をオフするスイッチング素子オフ手段とを備え、前
記スイッチング素子オン手段は誘起電圧位相に対して誘
起電圧ゼロクロスから電気角で35度を越えてスイッチ
ング素子をオンすることを特徴とするブラシレスモータ
駆動制御装置の構成としたものである。
率およびトルクの高調波成分を大幅に低減できるブラシ
レスモータの駆動制御装置が得られる。
手段は、前記スイッチング素子オフ手段は誘起電圧位相
に対して誘起電圧ゼロクロスを越えてオフ動作を行わな
いことを特徴とする請求項1または請求項2記載のブラ
シレスモータ駆動制御装置の構成としたものである。
騒音・振動の低減効果の大きいブラシレスモータの駆動
制御装置が得られる。
は、複数相のモータ駆動コイルと、この各駆動コイルに
接続されてそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するた
めの複数のスイッチング素子と、前記駆動コイルにそれ
ぞれ所定の方向と順序で順次通電するようあらかじめ決
められた所定のスイッチング素子をオンするスイッチン
グ素子オン手段と、今回オンしたスイッチング素子を所
定時間後にオフするスイッチング素子オフ手段とを備
え、前記スイッチング素子オン手段は誘起電圧位相に対
して誘起電圧ゼロクロスから電気角で35度を越えて前
記スイッチング素子をオンすることを特徴とするブラシ
レスモータ駆動制御装置としたものであり、転流時のそ
れまで流れていた相の電流が零になるまでの環流電流
と、切り替わった相での立ち上がり電流との和の落ち込
みを低減するという作用を有する。
モータ駆動コイルと、この各駆動コイルに接続されてそ
れぞれ所定の方向と順序で順次通電するための複数のス
イッチング素子と、前記各駆動コイルの非通電相の駆動
コイルに生じる誘起電圧のゼロクロスに相当する信号あ
るいは通電切替の基準となる信号を検出してゼロクロス
検出信号を出力する位相検出手段と、この位相検出手段
から得られるゼロクロス検出信号が出力されてから次の
ゼロクロス検出信号が出力されるまでの時間間隔を測定
するゼロクロス時間間隔測定手段と、通電する電気角を
設定する通電電気角設定手段と、この通電電気角設定手
段により設定された電気角に対応する通電時間を前記ゼ
ロクロス時間間隔に応じて算出する通電時間算出手段
と、前記位相検出手段のゼロクロス検出信号を捉え、そ
の時の回転子位置に応じてそれぞれ所定の方向と順序で
順次通電するようあらかじめ決められた所定のスイッチ
ング素子をオンするスイッチング素子オン手段と、前記
通電時間算出手段により算出した時間経過後に今回オン
したスイッチング素子をオフするスイッチング素子オフ
手段とを備え、前記スイッチング素子オン手段は誘起電
圧位相に対して誘起電圧ゼロクロスから電気角で35度
を越えて前記スイッチング素子をオンすることを特徴と
するブラシレスモータ駆動制御装置としたものであり、
環流電流の期間が長く緩やかになるうえ、立ち上がり電
流も緩やかになるという作用を有する。
ッチング素子オフ手段は誘起電圧位相に対して誘起電圧
ゼロクロスを越えてオフ動作を行わないことを特徴とす
る請求項1または請求項2記載のブラシレスモータの駆
動制御装置としたものであり、通電重なり期間が短くな
るという作用を有する。
しながら説明する。
み型等の換気扇1aに搭載されるブラシレスモータで、
表面に永久磁石を有するロータ6および3相の駆動コイ
ル4(U・V・W)より構成されている。それぞれの駆
動コイル4は一端が共通接続され、他端は上段側スイッ
チング素子3au・3av・3awおよびダイオード7
au・7av・7awを介して正側電源線路に接続され
るとともに、下段側スイッチング素子3bu・3bv・
3bwおよびダイオード7bu・7bv・7bwを介し
て接地されている。5はあらかじめ決められたスイッチ
ング素子3をオンするスイッチング素子オン手段5aお
よびオフするスイッチング素子オフ手段5bよりなるド
ライブ回路で、2は1次フィルタ・交流結合回路および
加算器にて構成される位置検出回路であり、例えばU相
の誘起電圧において、負から正への変化時のゼロクロス
から電気角で35度後に位置検出回路2のHu信号がH
ighに変化し、負から正への変化時のゼロクロスから
電気角で35度後にHu信号がLowに変化する。同様
にHvおよびHw信号が変化するよう設定されている。
スイッチング素子オン手段5aは位置検出回路2のHu
信号がLowからHighに変化したときスイッチング
素子3auをオンし、HighからLowに変化したと
きスイッチング素子3buをオンする。同様にHv・H
wそれぞれの信号を基にそれぞれのスイッチング素子3
av・3awおよび3bv・3bwを制御する。また、
スイッチング素子オフ手段5bはそれぞれのスイッチン
グ素子3au・3av・3aw・3buおよび3bv・
3bwがオンしてから電気角で120度後にオフする。
ここで、各相の誘起電圧位相はそれぞれ電気角で60度
ずれているため、例えばHuがLowからHighに変
化し、スイッチング素子3auがオンしてから電気角で
60度後にはスイッチング素子3bvがオンしてから電
気角で120度が経過するとともに、HwがHighか
らLowに変化し、電気角で120度後にはHvがLo
wからHighに変化するので、ドライブ回路5はそれ
までオンしていたスイッチング素子3をオフしてから次
のスイッチング素子3をオンする構成である。
の駆動制御装置1bについて、以下その動作を説明す
る。図2に示すように、U相誘起電圧が負から正への変
化時のゼロクロスから電気角で35度後に位置検出回路
2のHu信号がLowからHighに変化する。この信
号をドライブ回路5が検知し、スイッチング素子オン手
段5aがスイッチング素子3auをオンし、電気角60
度後にはHw信号がHighからLowに変化するとと
もに、スイッチング素子3bvをオフし、スイッチング
素子3bwをオンする。続いて電気角120度後にはH
v信号がLowからHighに変化するとともに、スイ
ッチング素子3auをオフし、スイッチング素子3av
をオンする。このとき、図3に示すように、U相の誘起
電圧成分は従来に比べ低くなっているため、ダイオード
7auを流れる環流電流の期間は長くなり、駆動コイル
4のU相の環流電流と、V相の立ち上がり電流との和の
落ち込みが小さくなるため、トルクリップル・トルク変
化率およびトルクの高調波成分が低減できることとな
る。
て、1次フィルタ・交流結合回路および加算器にて構成
される回路により、誘起電圧ゼロクロスから電気角で3
5度を検知したが、ホール素子あるいはホールICを用
いて検知してもよく、その作用効果に差異を生じない。
また、図4に誘起電圧ゼロクロスからスイッチング素子
をオンするまでの電気角を変更したときのトルクリップ
ル・トルク変化率およびトルクの高調波成分の相対比較
を示すように、スイッチング素子をオンするまでの電気
角を大きくすることによって、さらにトルクリップルは
低減できるが、電気角45度以上はその効果が低くな
る。また、騒音振動に影響を与える6次調波の減衰率か
ら、誘起電圧ゼロクロスからスイッチング素子をオンす
るまでの電気角は40度以上45度以下とすることによ
り、その効果は高くなるとともに、部品バラツキおよび
回転数変化の影響を受けにくくなる。
同一記号を付し、その詳細な説明は省略する。
イル4の非通電相の駆動コイル4に生じる誘起電圧のゼ
ロクロスに相当する信号を検出してゼロクロス検出信号
を出力する位相検出手段であり、1次フィルタ・交流結
合回路および加算器にて構成され、例えばU相の誘起電
圧において、負から正への変化時のゼロクロス検出時に
位置検出信号出力としてHu信号がHighに変化し、
負から正への変化時のゼロクロス検出時にHu信号がL
owに変化する。同様にHvおよびHw信号が変化する
よう設定され、このようなHuの変化からHwの変化ま
で、Hwの変化からHvの変化まで、Hvの変化からH
uの変化までの時間間隔をマイクロコンピュータ13の
タイマを利用した時間間隔測定手段9が順次計測すると
ともに、電気角で60度間隔で信号出力があることから
ロータ6の回転速度を演算する。10はブラシレスモー
タ1の搭載される換気扇1aの仕様および回転速度域に
応じて通電する電気角を設定する通電電気角設定手段で
あり、定常時は140度に設定されており、マイクロコ
ンピュータ13のROMに記憶されている。この通電電
気角設定手段10によって設定された電気角に対応する
通電時間を時間間隔測定手段9によって計測した時間間
隔から通電時間算出手段11が算出する。また、15は
ブラシレスモータ1の搭載される換気扇1aの仕様およ
び回転速度域に応じて誘起電圧ゼロクロスからスイッチ
ング素子3をオンするまでの電気角を設定する転流電気
角設定手段で、定常時は35度に設定されており、通電
電気角設定手段10と同様にマイクロコンピュータ13
のROMに記憶されている。この転流電気角設定手段1
5によって設定された電気角に対応する転流までの時間
を転流タイミング算出手段14が時間間隔測定手段9に
よって計測した時間間隔から算出する。12はあらかじ
め決められたスイッチング素子3をオンするスイッチン
グ素子オン手段12aおよびオフするスイッチング素子
オフ手段12bよりなるドライブ回路で、スイッチング
素子オン手段12aは、例えば誘起電圧検出手段8のH
u信号がLowからHighに変化してから転流タイミ
ング算出手段14によって算出した時間をマイクロコン
ピュータ13のタイマにより経過したことを検知し、ス
イッチング素子3auをオンし、同様に位相検出手段8
の出力信号に応じて、それぞれのスイッチング素子3を
オンする。また、スイッチング素子オフ手段12bはそ
れぞれのスイッチング素子3がオンになってから、通電
時間算出手段11により算出した時間をマイクロコンピ
ュータ13のタイマにより経過したことを検知し、スイ
ッチング素子3をオフする構成であり、その他の構成は
実施例1と同じである。
の駆動制御装置16について、以下その動作を説明す
る。図7に示すように、U相誘起電圧が負から正への位
相変化において、そのゼロクロス時に位相検出手段8の
位置検出信号出力であるHu信号がLowからHigh
に変化する。このとき、時間間隔測定手段9が前回V相
誘起電圧が正から負へのゼロクロスの時点からの経過時
間を計測し、転流電気角設定手段15により設定された
電気角(定常時は35度)に相当する時間を転流タイミ
ング算出手段14が算出し、通電電気角設定手段10に
より設定された電気角(定常時は140度)に相当する
時間を通電時間算出手段11が算出する。そして、Hu
信号がLowからHighへの変化時点から、転流タイ
ミング算出手段14が算出した時間後にスイッチング素
子3auをオンし、通電時間算出手段11が算出した時
間後にスイッチング素子3auをオフするよう設定す
る。また、図8に示すように、スイッチング素子3au
をオンしたとき、W相の電流はU相電流に応じて徐々に
低下し、V相電流は同様に上昇する。続いてW相の通電
時間の終了に伴い、スイッチング素子3awをオフする
とダイオード7awを流れる環流電流は徐々に減少し、
実施例1同様にその期間は長くなる。そして、V相電流
もそれに応じて減少し、U相電流は上昇する。このよう
な動作を繰り返すため、電流の和の落ち込みが小さくな
るうえ、その変化も緩やかになるため、トルクリップル
・トルク変化率およびトルクの高調波成分を大幅に低減
できることとなる。
て、1次フィルタ・交流結合回路および加算器にて構成
される回路により、誘起電圧ゼロクロスに相当する信号
を検知したが、通電切替の基準となる信号、例えば誘起
電圧ゼロクロスから電気角で35度後を検知してもよ
く、その作用効果に差異を生じない。また、位相検出手
段8にホール素子あるいはホールICを用いて誘起電圧
ゼロクロスに相当する信号あるいは通電切替の基準とな
る信号を検知してもよく、その作用効果に差異を生じな
い。また、図9〜図11に誘起電圧ゼロクロスからスイ
ッチング素子をオンするまでの電気角を変更したときの
トルクリップル・トルク高調波成分およびトルク変化率
の相対比較を示すように、スイッチング素子をオンする
までの電気角を大きくすることによって、トルクリップ
ルおよびトルク変化率は低減傾向にあるが、通電相の誘
起電圧ゼロクロスを越えてスイッチング素子をオフする
ことにより、トルクリップル・トルク変化率は増加す
る。また、トルクの高調波成分の相対値から、130度
通電であれば、誘起電圧ゼロクロスからスイッチング素
子をオンするまでの電気角は35度以上45度以下、1
40度通電であれば35度以上42.5度以下、145
度通電であれば35度以上40度以下とすることによ
り、騒音・振動の低減効果が高い。
いて述べたが、同様のブラシレスモータを使用できるレ
ンジフード、空気調和機、空気清浄機などの電気機器に
も、本発明の適用が当然可能である。
明によれば、120度通電においてもトルクリップル・
トルクの高調波成分の低減ができ、また通電重なり期間
が短くてもトルクリップル・トルク変化率およびトルク
の高調波成分を大幅に低減でき、騒音・振動を大きく低
減できるという効果のあるブラシレスモータの駆動制御
装置およびそれを用いた電気機器を提供できる。
御装置のブロック図
信号を示すタイミングチャート
形・トルク変化率波形を示す図
オンするまでの電気角を変更したときのトルクリップル
・トルク変化率およびトルクの高調波成分の相対比較を
示すグラフ
換気扇の設置時の状態を示す概略図
御装置のブロック図
信号を示すタイミングチャート
形・トルク変化率波形を示す図
イッチング素子をオンするまでの電気角を変更したとき
のトルクリップル・トルクの高調波成分およびトルク変
化率の相対比較を示すグラフ
スイッチング素子をオンするまでの電気角を変更したと
きのトルクリップル・トルクの高調波成分およびトルク
変化率の相対比較を示すグラフ
スイッチング素子をオンするまでの電気角を変更したと
きのトルクリップル・トルクの高調波成分およびトルク
変化率の相対比較を示すグラフ
ロック図
ト信号を示すタイミングチャート
波形・トルク変化率波形を示す図
のブロック図
ト信号を示すタイミングチャート
波形・トルク変化率波形を示す図
Claims (5)
- 【請求項1】複数相のモータ駆動コイルと、この各駆動
コイルに接続されてそれぞれ所定の方向と順序で順次通
電するための複数のスイッチング素子と、前記駆動コイ
ルにそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するようあら
かじめ決められた所定のスイッチング素子をオンするス
イッチング素子オン手段と、今回オンしたスイッチング
素子を所定時間後にオフするスイッチング素子オフ手段
とを備え、前記スイッチング素子オン手段は誘起電圧位
相に対して誘起電圧ゼロクロスから電気角で35度を越
えて前記スイッチング素子をオンすることを特徴とする
ブラシレスモータ駆動制御装置。 - 【請求項2】複数相のモータ駆動コイルと、この各駆動
コイルに接続されてそれぞれ所定の方向と順序で順次通
電するための複数のスイッチング素子と、前記各駆動コ
イルの非通電相の駆動コイルに生じる誘起電圧のゼロク
ロスに相当する信号あるいは通電切替の基準となる信号
を検出してゼロクロス検出信号を出力する位相検出手段
と、この位相検出手段から得られるゼロクロス検出信号
が出力されてから次のゼロクロス検出信号が出力される
までの時間間隔を測定するゼロクロス時間間隔測定手段
と、通電する電気角を設定する通電電気角設定手段と、
この通電電気角設定手段により設定された電気角に対応
する通電時間を前記ゼロクロス時間間隔に応じて算出す
る通電時間算出手段と、前記位相検出手段のゼロクロス
検出信号を捉え、その時の回転子位置に応じてそれぞれ
所定の方向と順序で順次通電するようあらかじめ決めら
れた所定のスイッチング素子をオンするスイッチング素
子オン手段と、前記通電時間算出手段により算出した時
間経過後に今回オンしたスイッチング素子をオフするス
イッチング素子オフ手段とを備え、前記スイッチング素
子オン手段は誘起電圧位相に対して誘起電圧ゼロクロス
から電気角で35度を越えて前記スイッチング素子をオ
ンすることを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装
置。 - 【請求項3】前記スイッチング素子オフ手段は誘起電圧
位相に対して誘起電圧ゼロクロスを越えてオフ動作を行
わないことを特徴とする請求項1または請求項2記載の
ブラシレスモータ駆動制御装置。 - 【請求項4】請求項1及至請求項3の何れかに記載のブ
ラシレスモータ駆動制御装置を搭載する電気機器。 - 【請求項5】請求項4に記載の電気機器は換気扇、レン
ジフード、空気調和機、空気清浄機の何れかであること
を特徴とする電気機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24807697A JP3420035B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | ブラシレスモータ駆動制御装置およびそれを用いた電気機器 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP24807697A JP3420035B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | ブラシレスモータ駆動制御装置およびそれを用いた電気機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1189275A true JPH1189275A (ja) | 1999-03-30 |
JP3420035B2 JP3420035B2 (ja) | 2003-06-23 |
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ID=17172860
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP24807697A Expired - Fee Related JP3420035B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | ブラシレスモータ駆動制御装置およびそれを用いた電気機器 |
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- 1997-09-12 JP JP24807697A patent/JP3420035B2/ja not_active Expired - Fee Related
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