JPS6321193Y2 - - Google Patents

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JPS6321193Y2
JPS6321193Y2 JP1981053840U JP5384081U JPS6321193Y2 JP S6321193 Y2 JPS6321193 Y2 JP S6321193Y2 JP 1981053840 U JP1981053840 U JP 1981053840U JP 5384081 U JP5384081 U JP 5384081U JP S6321193 Y2 JPS6321193 Y2 JP S6321193Y2
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coil
circuit
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ブラシレスモータ駆動回路に関する
もので、特に消費電力の少ないブラシレスモータ
における駆動回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a brushless motor drive circuit, and particularly to a drive circuit for a brushless motor with low power consumption.

ブラシレスモータの駆動のための通電方式には
種々あるが、小形でしかも簡単な構造が得られる
ことから、二相一方向通電方式が用いられるよう
になつている。これは、二相のステータコイルの
通電を順次切り換えて一方向のみに電流を流し
て、ロータマグネツトの磁束とによつて生じるト
ルクを利用してロータを回転させるものである。
ロータマグネツトは反対極性の二個の永久磁石を
隣接させた対を間隔を置いて複数配置している。
Although there are various energization methods for driving a brushless motor, the two-phase unidirectional energization method is increasingly used because it provides a compact and simple structure. In this method, the energization of the two-phase stator coils is sequentially switched to allow current to flow in only one direction, and the rotor is rotated using the torque generated by the magnetic flux of the rotor magnet.
The rotor magnet has a plurality of pairs of two adjacent permanent magnets of opposite polarity arranged at intervals.

上記のような二相一方向通電方式のブラシレス
モータにおいては、ステータコイルの通電をロー
タの回転位置に応じて切り換えなければならな
い。この切換のためのロータ位置検出方式にも
種々あるが、一般に用いられている方法として
は、フオトカプラ(フオトリフレクタ)などを用
いた光学式とホール素子を用いた磁気式の二つが
ある。光学式の場合には、ロータの回転位置に応
じて光を透過または遮断して切り換えるものと、
反射または吸収させて切り換えるものと二つの方
法がある。一方、ホール素子を用い磁気式は、ロ
ータの磁界によつて生じる電圧の変化によつて切
り換えを行なうものである。
In the two-phase one-way energization type brushless motor as described above, the energization of the stator coil must be switched depending on the rotational position of the rotor. There are various rotor position detection methods for this switching, but two commonly used methods are an optical method using a photo coupler (photoreflector), and a magnetic method using a Hall element. In the case of an optical type, it transmits or blocks light depending on the rotational position of the rotor.
There are two methods: switching by reflection or absorption. On the other hand, in the magnetic type using a Hall element, switching is performed by changes in voltage caused by the magnetic field of the rotor.

上記の二つの切り換え方法にはそれぞれ長短が
あるが、共通して間題となるのは、これらのフオ
トカプラやホール素子にバイアス電流を印加して
おかなければならないことである。特に、小形の
モータにおいては消費電流のうちの大きな比率を
占めることにもなる。
The above two switching methods each have their advantages and disadvantages, but the common problem is that a bias current must be applied to these photocouplers and Hall elements. Particularly in small motors, this accounts for a large proportion of the current consumption.

例えば、動作時に1.5〜2.0g/cmのトルクを発
生するブラシレスモータの場合、駆動電子回路に
おいて10mA程度を消費している。無負荷時のモ
ータの消費電流は20〜30mAであり、これには駆
動電子回路の電流を含んでいる。駆動電子回路の
電流のうち60〜70%は位置検出用の素子に流す電
流であり、これはブラシレスモータのトルクの発
生には全く寄与しないで消費される電流である。
一般に、位置検出素子に用いるフオトカプラやホ
ール素子に流す電流は5〜10mAは必要とされて
いる。
For example, in the case of a brushless motor that generates a torque of 1.5 to 2.0 g/cm during operation, approximately 10 mA is consumed in the drive electronic circuit. The current consumption of the motor at no load is 20-30 mA, which includes the current of the drive electronics. 60 to 70% of the current of the drive electronic circuit is the current flowing to the position detection element, and this is a current that is consumed without contributing at all to the generation of torque of the brushless motor.
Generally, a current of 5 to 10 mA is required to be passed through a photocoupler or Hall element used in a position detection element.

上記のように、位置検出素子の消費する電流は
ブラシレスモータ全体の消費電流のうちの大きな
比率を占めるので、ブラシレスモータの消費電流
を低減させるためには位置検出素子に流す電流を
小さくすることが望ましい。しかし、単に電流を
少くするだけでは出力電圧が減少して回路動作が
不安定となつてしまう。したがつて、位置検出素
子の電流をできるだけ少なくして、しかも大きな
出力を得ることが望まれる。
As mentioned above, the current consumed by the position detection element accounts for a large proportion of the current consumption of the entire brushless motor, so in order to reduce the current consumption of the brushless motor, it is necessary to reduce the current flowing through the position detection element. desirable. However, if the current is simply reduced, the output voltage will decrease and the circuit operation will become unstable. Therefore, it is desirable to reduce the current of the position detection element as much as possible and obtain a large output.

本考案は、上記の目的を達成させるためになさ
れたもので、少ない消費電流によつて位置検出回
路の十分な出力を得ようとするものである。
The present invention has been made to achieve the above object, and is intended to obtain a sufficient output of a position detection circuit with less current consumption.

上記の目的を達成するため、本考案によるブラ
シレスモータ駆動回路においては、起動時のみ位
置検出素子にバイアス電流を印加し、定速で回転
するときには位置検出素子のバイアス電流を零か
あるいは極く僅かとするものである。
In order to achieve the above object, in the brushless motor drive circuit according to the present invention, a bias current is applied to the position detection element only during startup, and when rotating at a constant speed, the bias current of the position detection element is reduced to zero or very small. That is.

本考案によるブラシレスモータ駆動回路におい
ては位置検出素子に直列にコイルを接続し、起動
時には手として位置検出素子の出力によつて駆動
コイル電流の切換を行ない、定速回転時には位置
検出素子のバイアス電流を減少させて主としてコ
イルの出力によつて切換を行なうものである。
In the brushless motor drive circuit according to the present invention, a coil is connected in series to the position detection element, and the drive coil current is switched by the output of the position detection element during startup, and the bias current of the position detection element is used during constant speed rotation. The switching is performed mainly by the output of the coil.

以下、図面に従つて、本考案の実施例につき説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本考案の一実施例を示すもので、この
ブラシレスモータ駆動回路は、比較器CP1を含む
サーボ検出回路、比較器CP2を含む位置検出回
路、及び、比較器CP3を含む電流制限回路を具え
ている。サーボ検出回路はロータの回転によつて
生じる逆起電圧を検出して、ステータコイルL1
L2をスイツチングするトランジスタTr1,Tr2
ベースバイアス電流を供給するものである。ま
た、この比較器CP1の出力は、電流制限回路の比
較器CP3に入力され、この比較器CP3の出力によ
つてトランジスタTr3,Tr4がスイツチングされ
る。それによつて、ホール素子HEに流れるバイ
アス電流は制御される。なお、トランジスタTr4
と抵抗Rはホール素子HEに流れる電流を制限
し、ホール素子HEを保護するために付加される
ものである。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and this brushless motor drive circuit includes a servo detection circuit including a comparator CP 1 , a position detection circuit including a comparator CP 2 , and a comparator CP 3 . Equipped with a current limiting circuit. The servo detection circuit detects the back electromotive force generated by the rotation of the rotor and outputs the stator coil L 1 ,
It supplies the base bias current of transistors Tr 1 and Tr 2 that switch L 2 . Further, the output of the comparator CP 1 is input to the comparator CP 3 of the current limiting circuit, and the transistors Tr 3 and Tr 4 are switched by the output of the comparator CP 3. Thereby, the bias current flowing through the Hall element HE is controlled. In addition, transistor Tr 4
and the resistor R are added to limit the current flowing through the Hall element HE and protect the Hall element HE.

ホール素子HEの出力端はコイルLsと直列に接
続される。ホール素子HEとコイルLsはいずれも
ロータの近傍に配置され、ロータのマグネツトの
磁界によつて生じる電圧を比較器CP2に入力す
る。それぞれの生じる電圧の位相が一致するよう
に、ホール素子HEは二相の駆動コイルの中間点
に、コイルLsは駆動コイルL1,L2と同じ位置に
配置するが、コイルLsは少なくとも一つ形成され
れば良く、また、巻数も駆動コイルより少ないも
ので良い。ホール素子HEとコイルLsの出力が比
較器CP2に入力され、比較器CP2の出力によつて
駆動コイルL1,L2がスイツチングされる。
The output end of the Hall element HE is connected in series with the coil Ls . Both the Hall element HE and the coil Ls are placed near the rotor, and input the voltage generated by the magnetic field of the rotor's magnet to the comparator CP2 . In order to match the phases of the respective generated voltages, the Hall element HE is placed at the midpoint of the two-phase drive coils, and the coil L s is placed at the same position as the drive coils L 1 and L 2 , but the coil L s is placed at least It is sufficient that only one coil is formed, and the number of turns may be smaller than that of the drive coil. The outputs of the Hall element HE and the coil Ls are input to the comparator CP2 , and the drive coils L1 and L2 are switched by the output of the comparator CP2 .

次に、上記の実施例のブラシレスモータ駆動回
路の動作について説明する。
Next, the operation of the brushless motor drive circuit of the above embodiment will be explained.

ロータが回転を始めるとき、すなわち、駆動コ
イルL1の逆起電圧が零かあるいは非常に小さい
ときには、比較器CP1はトランジスタTr1,Tr2
に最大電流を流すようにベースのバイアス電流を
供給する。このとき、比較器CP1の出力は比較器
CP3に入力されて、比較器CP3の出力によつてト
ランジスタTr3のベースにバイアス電流が供給さ
れて、ホール素子HEに流れる電流を大きくす
る。したがつて、ホール素子HEの出力電圧も大
きくとることができ、このホール素子HEの出力
によつて比較器CP2のスイツチング信号が得られ
る。
When the rotor starts rotating, that is, when the back electromotive force of the drive coil L 1 is zero or very small, the comparator CP 1 connects the transistors Tr 1 and Tr 2
Supply the base bias current so that the maximum current flows through the base. At this time, the output of comparator CP 1 is
A bias current is input to CP 3 , and the output of comparator CP 3 supplies a bias current to the base of transistor Tr 3 to increase the current flowing through Hall element HE. Therefore, the output voltage of the Hall element HE can also be increased, and the switching signal of the comparator CP2 is obtained from the output of the Hall element HE.

ロータの回転数が上がるに従つて、逆起電圧も
大きくなり、比較器CP1の出力は小さくなる。し
たがつて、電流制限回路の比較器CP3の出力も小
さくなつてTr3のベースのバイアス電流も少なく
なるので、ホール素子HEに流れる電流も少なく
なる。したがつて、ホール素子HEの出力は小さ
くなるが、このときコイルLsの出力は逆に大きく
なつている。したがつて、コイルLsの出力によつ
て比較器CP2の出力を得て、この信号によつて駆
動コイルL1,L2に接続したトランジスタTr1
Tr2をスイツチングする。
As the rotational speed of the rotor increases, the back electromotive force also increases, and the output of the comparator CP1 decreases. Therefore, the output of the comparator CP 3 of the current limiting circuit becomes smaller, and the bias current at the base of Tr 3 also becomes smaller, so that the current flowing through the Hall element HE also becomes smaller. Therefore, the output of the Hall element HE becomes smaller, but at this time the output of the coil L s becomes larger. Therefore, the output of the comparator CP 2 is obtained by the output of the coil L s , and this signal is used to control the transistors Tr 1 , connected to the drive coils L 1 , L 2 .
Switching Tr 2 .

ロータの回転数が一定になつたとき、あるいは
それに近い回転数となつたときに、ホール素子
HEに流れる電流を零とするか、あるいは微少の
値にする。その値は比較器の基準電位の設定方法
によつて決定される。
When the rotation speed of the rotor becomes constant or close to it, the Hall element
Reduce the current flowing through HE to zero or to a very small value. Its value is determined by how the reference potential of the comparator is set.

第2図は、ホール素子に流れるバイアス電流量
を示すグラフで、起動時には15mA必要としたも
が、ロータの回転数が上がるに従つて除々に減少
し、定速回転にはいるとほとんど零となることを
示している。この電流の減少は、前記のサーボ検
出回路の比較器の出力によつて電流制限回路の比
較器の出力が漸減されることによつて生じるもの
である。
Figure 2 is a graph showing the amount of bias current flowing through the Hall element.The 15mA required at startup gradually decreases as the rotor speed increases, and becomes almost zero when the rotor reaches constant speed. It shows what will happen. This reduction in current occurs because the output of the comparator of the current limiting circuit is gradually reduced by the output of the comparator of the servo detection circuit.

本考案によるブラシレスモータ駆動回路におい
ては、起動時、あるいは一定の回転数に達するま
ではホール素子などの位置検出素子の出力を利用
してスイツチングし、一定の回転数に達した後に
はコイルの出力によつてスイツチングができるよ
うにするものである。それによつて、起動時から
定速回転時まで常に一定の位置検出回路の出力信
号が得られる。
In the brushless motor drive circuit according to the present invention, the output of a position detection element such as a Hall element is used for switching at startup or until a certain number of rotations is reached, and the output of the coil is performed after reaching a certain number of rotations. This allows switching to be performed by As a result, a constant output signal from the position detection circuit can be obtained from the time of startup to the time of constant speed rotation.

コイルにはバイアス電流を必要としないので、
定速で回転するときの消費電流を少なくすること
ができる。すなわち、5〜15mAの位置検出素子
の消費電流が節減できるので、ブラシレスモータ
全体の消費電流も大幅に減少することになる。
Since the coil does not require bias current,
Current consumption when rotating at constant speed can be reduced. That is, since the current consumption of the position detection element of 5 to 15 mA can be reduced, the current consumption of the brushless motor as a whole is also significantly reduced.

なお、前記の例ではホール素子を用いた場合に
ついて説明したが、フオトカプラ(フオトリフレ
クタ)などの光学素子を用いた場合でも他の部分
は同様で良いし、動作も同様となる。
In the above example, a case was explained in which a Hall element was used, but even if an optical element such as a photocoupler (photoreflector) is used, the other parts may be the same and the operation will be the same.

ステータコイルに発生する逆起電圧はロータの
回転数に比例するので、上起実施例のように回転
数を一定に制御するためのサーボ回路にも利用さ
れる。しかし、本考案はサーボ回路との直接の関
係はなく、電流制限回路用の逆起電圧はサーボ回
路とは別個に取り出す構成としてもよい。
Since the back electromotive force generated in the stator coil is proportional to the number of rotations of the rotor, it is also used in a servo circuit for controlling the number of rotations to a constant value, as in the up-voltage embodiment. However, the present invention has no direct relationship with the servo circuit, and the back electromotive voltage for the current limiting circuit may be taken out separately from the servo circuit.

位置検出回路に用いられるコイルは5〜10ター
ン程度で十分なので、ステータ基板にプリントし
て形成して良いし、また、駆動コイルと一体に成
型してもよい。
Since it is sufficient for the coil used in the position detection circuit to have about 5 to 10 turns, it may be formed by printing on the stator board, or may be formed integrally with the drive coil.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の実施例を示す回路図、第2図
はその特性を示すグラフである。 CP1,CP2,CP3……比較器、HE……ホール素
子、Ls(位置検出用)コイル。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing its characteristics. CP 1 , CP 2 , CP 3 ... Comparator, HE ... Hall element, L s (position detection) coil.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] マグネツトが取付けられたロータの回転位置を
位置検出回路で検出して、異相のステータコイル
間の通電を切り換えるブラシレスモータ駆動回路
において、共にロータの近傍に位置し且つ各々の
出力電圧が同位相となるように直列に接続された
位置検出素子とコイルLsを該位置検出回路に備え
るとともに、ステータコイルに発生する逆起電圧
の大きさに応じて位置検出素子に流れるバイアス
電流を制御する電流制限回路を設け、ロータの起
動時には位置検出素子に所定のバイアス電流を流
し、ロータの回転数が所定の値に達したときには
該電流制限回路によつて位置検出素子のバイアス
電流を減少させるように構成したことを特徴とす
るブラシレスモータ駆動回路。
In a brushless motor drive circuit that detects the rotational position of a rotor to which a magnet is attached using a position detection circuit and switches energization between stator coils of different phases, both stator coils are located near the rotor and their output voltages are in the same phase. The position detection circuit includes a position detection element and a coil Ls connected in series, and a current limiting circuit that controls the bias current flowing to the position detection element according to the magnitude of the back electromotive force generated in the stator coil. A predetermined bias current is applied to the position detection element when the rotor is started, and when the rotational speed of the rotor reaches a predetermined value, the bias current of the position detection element is reduced by the current limiting circuit. A brushless motor drive circuit characterized by:
JP1981053840U 1981-04-16 1981-04-16 Expired JPS6321193Y2 (en)

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JPS57168998U JPS57168998U (en) 1982-10-25
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