JPH0582157B2 - - Google Patents

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JPH0582157B2
JPH0582157B2 JP60248094A JP24809485A JPH0582157B2 JP H0582157 B2 JPH0582157 B2 JP H0582157B2 JP 60248094 A JP60248094 A JP 60248094A JP 24809485 A JP24809485 A JP 24809485A JP H0582157 B2 JPH0582157 B2 JP H0582157B2
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brushless
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Tsunehiro Endo
Nobuaki Kato
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Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は、ブラシレス直流モータにおける位置
検出信号の補正方法に係り、特にモータ端子電圧
よりフイルターとコンパレータとを用いて位置検
出信号を得る形式のブラシレス直流モータにおけ
る位置検出信号の補正方法に関するものである。 〔発明の背景〕 従来、モータ端子電圧から位置検出信号を作成
する、フイルターとコンパレータとからなる逆起
電圧位置検出回路を備えた、逆起電圧検出形の3
相ブラシレス直流モータに関しては、例えば、特
開昭59−162793号公報、特公昭59−36519号公報、
電気学会論文誌B,105巻、5号、(1985年)
“Brushless Motorwithout a Shaft Position
Sensor”(ブラシレス モータ ウイズアウトア
シヤフト ポジシヨン センサ)等に述べられ
ている。 しかして、これらの逆起電圧位置検出回路によ
つて得られる位置検出信号によりブラシレス直流
モータを運転したときの電圧ベクトル図を示した
ものが第9図である。 同図においてモータへの印加電圧Vは、モータ
誘起電圧EO、巻線抵抗降下電圧rIMおよび巻線リ
アクタンス降下電圧XIMのベクトル和である。 しかして、巻線電流IMの位相は、位置検出信号
の位相PSと同相であつて、この位置検出信号の
位相PSは、上記の逆起電圧位置検出回路の原理
上、印加電圧Vの位相上にある。 このため、巻線電流IMが増加すると、モータ誘
起電圧EOと巻線電流IMとの位相差である制御進み
角γが、より進み位相となる。 すなわち、従来の逆起電圧位置検出回路では、
巻線電流の増減により、制御進み角γが変動する
という欠点があつた。 更に、従来の逆起電圧位置検出回路では、その
入力である3相のモータ端子電圧の交流成分が平
衡しているという条件下において成立するため、
例えば1相の端子電圧のみが過渡的に変化する場
合では、もはや、第9図の電圧ベクトル図は成立
せず、巻線電流IMの大きさだけでは説明できない
位相に移動してしまう現象が生じていた。 以上のモータ端子電圧の過渡的電圧変化のため
に起因する位置検出信号の位相変化は、逆起電圧
位置検出回路を構成するフイルターの遅れ作用の
ために、上記の過渡的電圧変化が無くなつた以降
も、ある時間の間、継続して発生する現象となつ
ている。 以上の位置検出信号の位相変化のために、特に
位置検出信号のパルス間隔測定により速度検出を
行う場合には、モータに印加した電圧の変化でパ
ルス間隔が影響を受け、この結果、正しく速度が
検出できず、指令速度に実速度が一致しないで、
回転数が大きく脈動するという欠点が生じたもの
である。 〔発明の目的〕 本発明は、上述の従来の逆起電圧位置検出回路
で得られる位置検出信号のもつ欠点を無くし、特
にモータ印加電圧が過渡的に変化しても、その影
響を受けないための、ブラシレス直流モータにお
ける位置検出信号の補正方法の提供を、その目的
とするものである。 〔発明の概要〕 本発明に係る、ブラシレス直流モータにおける
位置検出信号の補正方法は、モータ端子電圧から
フイルターとコンパレータとを用いて位置検出信
号を得る形式のブラシレス直流モータにおける前
記位置検出信号の状態変化時点を、モータに流れ
た電流に係る量もしくはモータに印加した電圧に
係る量により決定される補正位相量だけ補正する
ようにするものにおいて、上記状態変化時点を含
めた、当該時点より過去の任意の時点を基準にし
て時間ti(ti>ti-1)の過去にモータに流れた電流
に係る量Iiもしくはモータに印加した電圧に係る
量Viのn(任意整数)個のそれぞれに重み係数ki
を掛けて、o-1 〓i=0 ki・Ii、もしくはo-1 〓i=0 ki・Viとして表
わせる総和量を用いて上記補正位相量を決定する
ようにしたものである。 さらに補足すると、次のとおりである。 本発明は、モータへの印加電圧の過渡的変化に
ともなう位置検出信号の位相変化分が、上記の過
渡的変化分に応じたものであり、更には、その影
響が逆起電圧位置検出回路を構成するフイルター
の回路時定数に依存した時間だけ継続することに
着目し、位置検出信号に対する補正方法として、
補正すべき位相量を、補正の対象とした位置検出
信号の状態変化時点より過去のモータへの印加電
圧、もしくはモータに流れた電流に関する量を、
どの程度の時間、過去であるかを考慮して用い
て、決定するようにしたものである。 〔発明の実施例〕 本発明に係る、ブラシレス直流モータにおける
位置検出信号の補正方法の実施例を、各図を参照
して説明する。 第1図は、本発明の一実施例の対象とするブラ
シレス直流モータの構成図、第2図は、その逆起
電圧位置検出回路の詳細図、第3図ないし第6図
は、本発明の一実施例に係るものの位相補正説明
図、第7図は、本発明の他の実施例の対象とする
ブラシレス直流モータの要部構成図、第8図は、
その位相補正説明図である。 まず、上述のごとく、第1図は、本発明の一実
施例に係るものの対象とするブラシレス直流モー
タの一構成例である。 すなわち、図示の交流電源1から整流回路2及
び平滑コンデンサ3より直流電圧Ejを得て、イン
バータ4に供給するものである。 このインバータ4は、トランジスタTR1〜TR6
と還流ダイオードD1〜D6とから構成された120°
通電形で、かつ電流制御形のインバータであり、
その交流出力電圧は、直流電圧Edの正電位側ト
ランジスタTR1〜TR3の通流期間(電気角120°)
がパルス幅変調を受けてチヨツパ動作することに
より制御されるものとしている。 また、トランジスタTR4〜TR6の共通エミツタ
端子と、還流ダイオードD4〜D6との共通アノー
ド端子間に低抵抗R1が接続されているものであ
る。 5は、ブラシレス直流モータ本体に係る同期モ
ータであり、回転子5−1と電機子線線5−2と
から構成され、3相4極の同期モータとしてい
る。また、この電機子巻線5−2に流れる3相の
巻線電流は、前記の低抵抗R1にも流れ、この低
抵抗R1の電圧降下として、上記3相の巻線電流
の全波整流した電流に等しいモータ電流ILが検出
できるものである。 同期モータ5の速度を制御するようにした制御
回路は、マイクロコンピユータ7、同期モータ5
の回転子5−1の磁極位置を電機子巻線5−2の
モータ端子電圧VA,VB,VCから検出するための
逆起電圧位置検出回路6、上記モータ電流ILを、
前記マイクロコンピユータ7から出力される電流
指令値ILCに等しくするようにチヨツパ信号CHを
作成する電流制御部8、トランジスタTR1〜TR6
に対するベースドライバ9から構成されるもので
ある。 前記マイクロコンピユータ7は、CPU7−1,
ROM7−2,RAM7−3、及びタイマー7−
4などから構成され、それぞれアドレスバス、デ
ータバス及びコントロールバス(図示せず)によ
つて接続されている。 そして、前記のROM7−2は、同期モータ5
を駆動するのに必要な各種処理プログラム、例え
ば速度制御処理や、前記逆起電圧位置検出回路6
からの位置検出信号a,b,cの位相を補正する
ための補正位相量算出処理などに係るものが記憶
されている。 第2図は逆起電圧位置検出回路6の詳細図であ
る。 同図において、さきのインバータ4の出力であ
るモータ端子電圧VB,VC,VAが、それぞれ、
RB1,RB2,C1と、RC1,RC2,C2、及びRA1,RA2,
C3の、抵抗とコンデンサとからなるフイルター
回路11B,11C、及び11Aに入力され、フイ
ルター通過電圧VBf,VCf及びVAfが作成される。 そして、直流分を含んだ3相のフイルター通過
電圧VBf,VCf、及びVAfを、これからスター結線
抵抗RN1〜RN3を介して得られる中性点電圧VNと、
コンパレータCP−1〜CP−3で比較することに
より、位置検出信号a,b,cを作成するもので
ある。 次に、第1図の電流指令値ILCは、前述の速度
制御処理の結果として得られ、インバータ出力周
波数に対して60°毎にマイクロコンピユータ7よ
り出力されるものとしている。 第3図は、位置検出信号a,b,cと、上記電
流指令値ILCとして60°毎の電流指令値ILCの2周期
分ILCi(i=0〜11)のそれぞれとの、ある時点に
おける関係を示した説明図である。 同図において、Tは、インバータ出力周波数
に対する1周期の時間として、t=0以降の60°
の期間の電流指令値をILC0とし、t=0以前の、
番目の位置における電流指令値を前述のILCiと
して、3相4極の同期モータ5に対して、12個の
電流指令値を考えた場合を示している。すなわ
ち、3×4=12である。 次に、上記の電流指令値ILCiを用いて、第3図
において、t=t1′での位置検出信号の状態変化
時点に対して、補正位相量に係る補正時間Δtだ
け位置検出信号の位相補正を行わうとする場合に
ついて説明する。 このとき、補正時間Δtは、次式で与えられる。 Δt=k/2π・L/kE・T・11 〓i=0 kiILCi ……(1) 上式において、Lは、電機子巻線5−2の1相
分巻線インダクタンス、kEは、電機子巻線5−2
に誘起される電圧に関する発電定数、Tは、第3
図に示したように、インバータ出力周波数に対
する1周期の時間、kは、1相分巻線電流IMか
ら、その3相全波整流に等しいモータ電流ILへの
換算係数である。 また、(1)式において、kiは、各電流指令値ILCi
に対する重み係数であり、逆起電圧位置検出回路
6を構成する、さきのフイルター回路11A,1
1B,11Cの回路時定数を、 C3・(Ra1Ra2)=C1・(Rb1Rb2)=C2・(Rc1
Rc2)=TPSとしてとき、k0以外の重み係数kiは、
次式で与えられる。k0については後述する。
【化】 上述において、tiは、第3図に示したように、
電流指令値ILCiを出力した時点から、t=0の時
点までの経過時間である。 一方、さきのk0は、(2)式のkiに対して、次式の
ようにして決定する。 k0=1−11 〓i=1 ki>0 ……(3) ここで、12個の電流指令値ILCiの平均値をLC
として、各電流指令値LCiとの差をΔILCi=ILCi−
ILCとすれば、(1)式と(3)式とより、次式が得られ
る。 Δt=k/2π・L/kE・T・LC+k/2π・L/kE・
T{ΔILC0+11 〓i=1 ki(ILCi−ILC0)} ……(4) 上式において、12個の電流指令値が、すべて等
しい場合には、上式の第2項は消去され、第1項
のみが残る。 すなわち、(1)式で示した補正時間Δtに対して、
(3)式の関係を用いることにより、電流指令値がそ
の出力の都度、変化する場合の補正時間分が、(4)
式の第2項に過渡補正項の形で表現される。 第4図は、マイクロコンピユータ7で、(1)式の
補正時価間を算出するための流れを示している説
明図であり、位置検出信号a,b,cの状態変化
時点以降、60°毎に実行されるとしているもので
ある。 同図のように、補正時間Δt算出にあたつては、
()〜()の4つのステツプに分けられる。 ステツプ()は、k0以外の重み係数kiを算出
するもので、あらかじめ、マイクロコンピユータ
7に内蔵のタイマー7−4を用いて測定され、
RAM7−3に格納されている60°毎の時間t0j(j=
1〜11)を用いる。 そして、ti=j 〓j=1 t0jを算出し、このtiを用いて、
あらかじめROM7−2に記憶されているe-ti/TPS
を引き出して、重み係数kiを(2)式に従つて得るも
のである。この時、t6を、さきに説明したインバ
ータの出力周波数の一周期Tとする。 ステツプ()は、あらかじめRAM7−3に
記憶されている、すでに出力された電流指令値
ILCiより、ki×ILCiを演算し、i=1〜11までの和
を求めるものである。 ステツプ()は、すでにステツプ()で求
めた重み係数kiを用いて、(3)式に従いk0を求め、
更に、k0×ILC0を演算して、 11 〓i=0 ki・ILCiを得る。 ステツプ()は、ステツプ()〜()で
得た11 〓i=0 ki・ILCiを用いて、(1)式に従い補正時間Δt
を算出するものである。 次に、第5図と第6図とにより、補正時間Δt
に係る(1)式の内容と逆起電圧位置検出回路6との
関連を説明する。 第5図は、位置検出信号に対して補正時間Δt
を考慮することにより、ブラシレス直流モータを
運転した場合の目標とする電圧ベクトル図であ
る。 すでに述べたように、逆起電圧位置検出回路6
により作成された位置検出信号の位相PSは、モ
ータへの印加電圧Vにあり、これに対して上記位
置検出信号に補正を加えて、補正後の位置検出信
号の位相である巻線電流IMの位相を、モータ誘起
電圧E0となるようにする。この時、その補正角
度δは、次のようにして求められる。 δ=tan−1XIM/E0+rIM ……(5) 上式に対して、巻線抵抗rを無視し、δ=tanδ
の近似を行い、インバータ出力角周波数ωに対し
て、E0=kE・ω,X=ωLを考慮すれば、次式が
得られる。 δ=L/kEIM (rad) ……(6) 上式より、既述の巻線電流IMとモータ電流ILと
の換算係数kを考慮し、インバータ出力の1周期
Tに対する時間Δt′を求めれば、次式のようにな
る。 Δt′=k/2π・L/kEIL ……(7) 上式は、さきの(4)式において、電流指令値ILC1
が、すべて等しい場合の補正時間Δtに対応する
ものである。 以上の電圧ベクトル図からの考え方は、上述の
ように、モータ電流ILが、少なくとも1周期Tに
対して一定である定常的な場合に成立するもので
あり、例えば60°毎にモータ電流ILが変化するよ
うな過渡変化状態では成立しない。 この過渡変化を考慮したものが、(4)式第2項、
すなわち(1)式と(3)との関連式であつて、これによ
り対応しうるものである。 第6図は、第2図に示した逆起電圧位置検出回
路6における各部波形として、端子電圧VB、フ
イルター通過電圧VBf及び中性点電圧VNを示し、
同図に併せて、第3図に示した電流指令値を示し
ているものである。 電流指令値ILC1を端子電圧VBの波形との関連で
注目すると、インバータ負電位側トランジスタが
オン状態であるILC0,ILC5,ILC6,ILC11(第1グルー
プ)、端子電圧VBにモータ誘起電圧が現われる
ILC1,ILC4,ILC7,ILC10(第2グループ)、及び正電
位側トランジスタがチヨツパ動作を行つている
ILC2,ILC3,ILC8,ILC9(第3グループ)の3つのグ
ループに分けられる。 逆起電圧位置検出回路6から得られる位置検出
信号a,b,cは、第6図では、フイルター通過
電圧VBfと中性点電圧VNとを比較して得られる。 ここで、上記第3グループの代表として、電流
指令値LC9によるモータ電流のために、フイル
ター通過電圧VBfが、同図々示のようにΔV上昇
したとすると、中性点電圧VNは、ΔV/3しか上昇 しないため、それ以降、位置検出信号の位相に誤
差を生じる。第6図の右側に示したt=0の時点
以降の次の転流位相では、その誤差は遅れ方向の
誤差である(破線の交点から、右方の実線の交点
への位相差)。 一方、第1グループの電流指令値では、例えば
電流指令値ILC6に対しては、フイルター通過電圧
VBF(破線表示)は上昇せず、他相(ここではVc
に係る相の電圧上昇)の影響として中性点電圧
VN(実線表示)のみが上昇し、その結果として、
上述のt=0以後の、次の転流位相を、進み方向
の誤差を生じさせる。 また、第2グループの電流指令値に対しては、
上述のごとく、本来、端子電圧VBにモータ誘起
電圧が現われる位置であり、大きく転流位相に誤
差を生じさせることはない。 以上のように、第1、第2及び第3グループに
よつて生じる位置検出信号の位相誤差の方向が異
なるため、補正時間Δtを表わす式である(1)式の
60°毎の電流指令値LC1I対する個々の重み係数
k1は、(2)式及び(3)式で示したように、上記第1グ
ループの電流指令値に対する重み係数k0,k5,
k6,k11は正の値、また第2グループの電流指令
値に対しては0の重み係数、更に第3グループの
電流指令値に対する重み係数k2,k3,k8,k9は負
の値となつているものである。 次に、重み係数k1の大きさについて以下説明す
る。 第6図において、さきに述べたように、電流指
令ILC9I9.モータ電流Lのために、フイルター通
過電圧VBFがΔV上昇したとすると、この電圧上
昇分は、第2図に示した逆起電圧位置検出回路6
を構成するフイルター回路11BのコンデンサC1
の電圧上昇に、ほかならない。 すなわち、一旦充電されたコンデンサ電圧は、
その電圧上昇をもたらした要因が無くなつたとし
ても、その放電に時間を要する。 そして、電流指令値ILC9出力した時点から、補
正の対象とした60°期間までの時間経過後の電圧
上昇分を、重み係数k1は表わしている。 すなわち、過去に出力した電流の位相誤差に与
える影響は、時間経過と共に減少し、その減少程
度が、フイルター回路11A〜11Cの回路時定数
TPSであつて、さきの(1)式の補正時間Δtの式上
に、同(2)式に示した重み係数k1として反映され
る。 しかして、以上に示した実施例においては、電
流制御形インバータによりブラシレス直流モータ
を構成した場合の例を示したものである。 そして、補正位相量に係る補正時間算出にあた
つては、特にA/D変換器等を用いてモータ電流
ILをマイクロコンピユータ7でデイジタル量とし
て読み込まず、回路構成簡略の点から電流指令値
を用いているのである。 また、電流指令値ILCは、過去に出力した2サ
イクルに係る2周期分12個を用いたが、補正時間
Δtの精度向上にあたつては、更に過去にわたつ
て出力した電流指令値を用いてもよい。 そして、この補正時間Δtの計算精度向上にあ
たつては、上記の実施例において補正時間Δt算
出のための近似、例えば巻線抵抗rの無視や、δ
=tanδの近似を行わずに、(5)式で示した式に基づ
いて、正確に計算を行つてもよいものである。 次に、本発明の他の実施例につき第7,8図に
より説明する。 さきの実施例で示した第1図のブラシレス直流
モータの個に対して、本実施例で対象とするもの
は、その制御回路の一部が異なるものである。 すなわち、第7図は、その制御回路の要部を示
したもので、マイクロコンピユータ7Aに内蔵の
タイマー7A−4を用いて作成されたチヨツパ信
号CHが、ベスドライバー9に伝えられるように
構成したものであり、他の構成は第1図と同様で
ある。 しかして、第1図におけるインバータ4の制御
形態についていえば、さきの実施例と異なり、本
実施例に係るものでは電圧制御形としており、イ
ンバータ4を構成する正電位側トランジスタTR1
〜TR3の120°の通流期間が、上記チヨツパ信号
CHによつて、直接パルス幅変調を受けるように
したものである。 なお、第7図で、7A−1はCPU,7A−2
はROM,7A−3はRAMである。 上記チヨツパ信号CHの通流比Dcは、インバー
タ4の出力電圧に比例するもので、マイクロコン
ピユータ7Aにおいて、60°毎に実行される速度
制御処理の結果として決定されるものとしてい
る。 第8図は、ある時点における位置検出信号a,
b,cと60°毎の12個の通流比DC1(i=0〜11)
の関係を示した説明図である。 同図において、t=t1′における位置検出信号
の状態変化時点に対して、補正位相量に係る補正
時間Δtvだけ、位置検出信号の位相補正を行うと
するものである。 以下、上記補正時間Δtvの算出式について説明
する。 すでに、さきの実施例で示したように、逆起電
圧位置検出回路6から得られる位置検出信号の位
相が、モータへの印加電圧Vの位相上にあるのに
対して、補正後の位置検出信号の位相が、モータ
誘起電圧E0上となるように補正を行うことを、
本実施例においても、その補正の基本としてい
る。 すでに示した第5図の補正によつて、目標とす
る電圧ベクトル図に対して、補正角度δは、次式
のようにも書き表わされる。 δ=cos−1E0+rIM/V ……(8) 上式において、巻線抵抗rを無視し、補正角度
δに対する補正時間Δtvを次式により与える。
〔発明の効果〕
本発明によるときは、従来の逆起電圧位置検出
回路で得られる位置検出信号のもつ欠点を無く
し、特にモータ印加電圧が過渡的に変化しても、
その影響を受けないための、ブラシレス直流モー
タにおける位置検出信号の補正方法を提供するこ
とができるものであり、すぐれた効果を奏する発
明ということができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の対象とするブラ
シレス直流モータ構成図、第2図は、その逆起電
圧位置検出回路の詳細図、第3図ないし第6図
は、本発明の一実施例に係るものの位相補正説明
図、第7図は、本発明の他の実施例の対象とする
ブラシレス直流モータにおける制御回路の要部構
成図、第8図は、その位相補正説明図、第9図
は、従来技術説明のための電圧ベクトル図であ
る。 4……インバータ、5……同期モータ、6……
逆起電圧位置検出回路、7,7A……マイクロコ
ンピユータ、8……電流制御部、9……ベースド
ライバー、11A,11B,11C……フイルター
回路、CP−1,CP−2,CP−3……コンパレ
ータ、a,b,c……位置検出信号、Ilc,ILC0〜
ILC11……電流指令値、IL……モータ電流、Δt……
補正時間、VAF,VBF,VCF……フイルター通過電
圧、VN……中性点電圧、IM……巻線電流、E0…
…モータ誘起電圧、V……モータへの印加電圧。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 モータ端子電圧からフイルターとコンパレー
    タとを用いて位置検出信号を得る形式のブラシレ
    ス直流モータにおける前記位置検出信号の状態変
    化時点を、モータに流れた電流に係る量もしくは
    モータに印加した電圧に係る量により決定される
    補正位相量だけ補正するようにするものにおい
    て、上記状態変化時点を含めた、当該時点より過
    去の任意の時点を基準にして時間ti(ti>ti-1)の
    過去にモータに流れた電流に係る量Iiもしくはモ
    ータに印加した電圧に係る量Viのn(任意整数)
    個のそれぞれに重み係数kiを掛けて、o-1 〓i=0 ki・Ii、もしくはo-1 〓i=0 ki・Viとして表わせる総和
    量を用いて上記補正位相量を決定するようにした
    ことを特徴とするブラシレス直流モータにおける
    位置検出信号の補正方法。 2 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    n個の重み係数ki(i=0〜,n−1)の総和o-1 〓i=0
    kiは、一定の値であるブラシレス直流モータにお
    ける位置検出信号の補正方法。 3 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    重み係数kiは、位置検出信号を作成するフイルタ
    ーを構成する時定数を用い、kiki-1の関係とな
    るように決定するものであるブラシレス直流モー
    タにおける位置検出信号の補正方法。 4 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    ブラシレス直流モータを構成するようにしたイン
    バータは電流制御形であり、モータに流れた電流
    に係る量は、モータに流れた電流に対する電流指
    令値であるブラシレス直流モータにおける位置検
    出信号の補正方法。 5 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    n個は、ブラシレス直流モータ本体の相数m、極
    数Pに対して、n=P×mとしたものであるブラ
    シレス直流モータにおける位置検出信号の補正方
    法。
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