JPS60141184A - Drive circuit of brushless dc motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To shorten a time from a start to a constant speed rotating speed with a simple structure by providing a control circuit having the first timing for rotary starting time and the second timing for normal time rotation. CONSTITUTION:A rotor RT is composed of a magnet, and stator coils SC1, SC2 are wound on a stator ST. The rotary position of the rotor RT is detected by Hall elements H1-H4, and the outputs are inputted to a controller CC. The controller CC has the first timing for the rotary start and the second timing for constant time rotation, and the timing is switched by a timer TM. A torque is increased at the starting time, and the timing is set to prevent the irregular torque at the normal time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動回路に関するも
のである。更に詳しくは、本発明は、電子スチルカメラ
の磁気ディスクの駆動モータに適用して特に有効なブラ
シレスＤＣモータの駆動装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to a drive circuit for a brushless DC motor. More specifically, the present invention relates to a brushless DC motor drive device that is particularly effective when applied to a drive motor for a magnetic disk of an electronic still camera.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

近年、磁気ディスク等を記録媒体とする小型電子スチル
カメラが提案されている。この電子スチルカメラの磁気
ディスクの駆動モータは、耐久性および、小型薄型化の
ものが要求されることから、ブラシレスＤＣモータを使
うことが考えられている。ところが、ブラシレスＤＣモ
ータは、〜ブラシ付コアレスモータに比べて、慣性モー
メントが数倍ある為に、ブラシ付′コアレスモータより
起動時間が長くなってしまうという問題点がある。In recent years, compact electronic still cameras using magnetic disks or the like as recording media have been proposed. Since the drive motor for the magnetic disk of this electronic still camera is required to be durable, small and thin, it has been considered to use a brushless DC motor. However, since the brushless DC motor has several times the moment of inertia as compared to the brushed coreless motor, there is a problem that the starting time is longer than that of the brushed coreless motor.

電子スチルカメラにおいては、モータの起動時間をでき
るだけ短かくすることが、シャッターチャンスをのがさ
ない様にするうえから、また、モータの消費電力を少な
くするうえから要求される。In electronic still cameras, it is required to shorten the startup time of the motor as much as possible in order to avoid missing a photo opportunity and to reduce the power consumption of the motor.

それ故に、電子カメラの磁気ディスク駆動モータとして
、ブラシレスＤＣモータを使うためには、起動時間が長
いという問題点を解決しなくてはならない。Therefore, in order to use a brushless DC motor as a magnetic disk drive motor for an electronic camera, it is necessary to solve the problem of a long start-up time.

ブラシレスＤＣモータにおいて、起動時間を短かくする
には、まず、慣性モーメントが大きい分だけトルクを増
加させる必要がある。トルクを増大する為には、コイル
に鎖交する磁力線の数を上げればよいが、それには、（
１）ローターの磁石に磁力の強い磁石を使う。（ＩＩ）
　ｔ＝−ターとステータとの間のギャップを小さくする
。価ステータコイルのターン数を増す。（Ｉいステータ
コイルに流す駆動電流を大きくする等が考えられる。In order to shorten the startup time of a brushless DC motor, first, it is necessary to increase the torque by the amount of the large moment of inertia. In order to increase the torque, it is necessary to increase the number of magnetic lines of force interlinking with the coil, but for this, (
1) Use a strong magnet for the rotor magnet. (II)
t = - Reduce the gap between the motor and the stator. Increase the number of turns in the stator coil. (One possibility is to increase the drive current flowing through the stator coil.

しかしながら、前記（１）については磁力の強い磁石は
高価であり、また前記（１１）のロータとステータとの
間のギャップを短かくするには、機械加工の精度からお
のずと限界がある。また、前記６山についてはステータ
のターン数を増すと、使用電圧は高くなり、この結果電
流を多く流すこととなつ′て、ポータプル機器としての
電源の制約から困難である。また、前記（ψについては
駆動電流を多く流すためには、電源電圧を高くしなくて
はならず、これも電源の制約からできない。However, regarding (1) above, a strong magnet is expensive, and there is a limit to the shortening of the gap between the rotor and stator (11) due to the accuracy of machining. In addition, with respect to the above-mentioned six peaks, if the number of turns of the stator is increased, the voltage used will increase, and as a result, a large amount of current will flow, which is difficult due to power supply constraints for portable equipment. Furthermore, regarding (ψ) mentioned above, in order to cause a large drive current to flow, the power supply voltage must be increased, and this is also not possible due to power supply constraints.

なお、コイルに流す電流をコントレールする回路におい
て、スイッチングタイミングの設定により、トルクを増
大させることは可能であるが、トルクむらが生じ、これ
に起因する回転むらが生ずるうえに、効率が悪くなって
電源の制約からも実用不能である。In addition, in the circuit that controls the current flowing through the coil, it is possible to increase the torque by setting the switching timing, but this will cause torque unevenness, which will cause rotational unevenness and reduce efficiency. It is also impractical due to power supply constraints.

また、モータの慣性モーメントを小さくしてトルク定数
を大きくすることによって回転の立上りを良くすること
は可能であるが反面回転むらが生じ易く逆にモータの慣
性モーメントを大きくしてトルク定数を小さくすること
によって回転むらを抑えることが可能であるが回転の立
上りが悪くなる。即ち、回転の立上り特性を良くするこ
とと、回転むらを少くすることとは互いに矛循する技術
的要素を含んでいる。Also, it is possible to improve the start-up of rotation by decreasing the moment of inertia of the motor and increasing the torque constant, but on the other hand, uneven rotation tends to occur, so conversely, increasing the moment of inertia of the motor and decreasing the torque constant is possible. This makes it possible to suppress rotational unevenness, but the start-up of rotation becomes worse. That is, improving the start-up characteristics of rotation and reducing rotational unevenness include technical elements that are contradictory to each other.

以上は電子スチルカメラの磁気ディスク駆動モータに適
用する場合についての背景であるが、これに限らず、電
源に制約のある各種の装置において、簡単な構成で、起
動時間を短かくしたいという要求がある。The above is the background for application to magnetic disk drive motors for electronic still cameras, but there is a demand for short startup times with simple configurations in various devices with limited power supplies. be.

〔本発明の目的〕[Object of the present invention]

本発明は、この様な背景に鑑みてなされたもので、簡単
な構成で、起動から一定回転速度に至る時間を短くする
ことのできるブラシレスＤＣモータの駆動回路を実現し
ようとするものである。The present invention has been made in view of this background, and aims to realize a brushless DC motor drive circuit that has a simple configuration and can shorten the time from startup to a constant rotation speed.

〔本発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明に係る装置は、回転起動時用の第１のタイミング
と、定常回転時用の第２のタイミングとを有するコント
ロール回路を有し、起動時はスイッチングを第１のタイ
ミングにより行い、トルりむらと効率を無視してトルク
を増すようにし、定常回転時にはスイッチングを第２の
タイミングにより行い、トルクむらのない効率の良いタ
イミングに切り換える点に特徴がある。The device according to the present invention has a control circuit having a first timing for starting rotation and a second timing for steady rotation. It is characterized in that the torque is increased while ignoring unevenness and efficiency, and during steady rotation, switching is performed at the second timing, and the switching is performed at a timing with good efficiency without torque unevenness.

〔実施例による説明〕[Explanation based on examples]

第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブロック図
、第２図は第１図におけるコントロール回路の一例を示
す回路図である。ここでは、ブラシレスＤＣモータとし
て、６極２相のものについて例示しである。FIG. 1 is a configuration block diagram showing an example of a device according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the control circuit in FIG. 1. Here, a six-pole, two-phase brushless DC motor is illustrated.

第１図において、ＲＴは磁石で構成されたロータ、ＳＴ
はステータで、これにはステータコイルＳＣ１、ＳＣ２
がそれぞれ巻回されている。Ｈ，、Ｈ，。In Fig. 1, RT is a rotor composed of magnets, ST
is the stator, which includes stator coils SC1 and SC2.
are wrapped around each other. H,,H,.

Ｈ，、Ｉ（４はロータＲＴの回転位置を検出するホール
素子で、これらの出力はコントロール回路ＣＣにそれぞ
れ印加されている。H,, I (4 is a Hall element that detects the rotational position of the rotor RT, and their outputs are applied to the control circuit CC, respectively.

コントロール回路ＣＣは、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４からの
信号に応じてドライブ回路ＤＶに与えるスイッチングの
指令信号を作るもので、本発明においては、このコント
ロール回路ＣＣは、回転起動時用の第１のタイミングと
、定常回転時用の第２のタイミングとを有するものであ
って、第１のタイミングと第２のタイミングとを、タイ
マーのような切替手段ＴＭからの切替信号ＳＴによって
切替えられるように構成されている。The control circuit CC generates a switching command signal to be given to the drive circuit DV in accordance with the signals from the Hall elements H1 to H4. and a second timing for steady rotation, and the first timing and the second timing are configured to be switched by a switching signal ST from a switching means TM such as a timer. ing.

ドライブ回路ＤＶは、コントロール回路ＣＣがらのスイ
ッチングの指令信号を受け、ステータコイルｓｃ、　、
　ｓｃ、に流す駆動電流を制御する。The drive circuit DV receives a switching command signal from the control circuit CC, and the stator coils sc, ,
control the drive current flowing to the sc.

第２図に示すコントロール回路ＣＣにおいて、１〜４は
、ロータＲＴの回転位置検出手段たるホール素子Ｈ１〜
Ｈ４からの信号を入力し、これを波形整形するコンパレ
ータ、５〜１２はインバータ、１６〜２０はアンドゲー
ト、２１〜２４はオアゲートである。In the control circuit CC shown in FIG.
A comparator inputs the signal from H4 and shapes the waveform thereof; 5 to 12 are inverters; 16 to 20 are AND gates; and 21 to 24 are OR gates.

アンドゲート１６の一方の入力端には、コンパレータ１
の出力信号Ａ、がインバータ５，６を介して印加され、
アンドゲート１４の一方の入力端には、出力信号Ａ、が
インバータ５を介して印加されている。また、アンドゲ
ート１５の一方の入力端には、コンパレータ６の出力信
号Ａ、がインバータ９．１０を介して印加され、アンド
ゲート１６の一方の入力端には、出力信号Ａｓ　がイン
バータ９を介して印加されている。各アンドゲート１６
〜１６の他方の入力端には、切替手段ＴＭからの切替信
号ＳＴが印加され、各アンドゲート１６〜１６の開閉が
制御される。A comparator 1 is connected to one input terminal of the AND gate 16.
An output signal A of is applied via inverters 5 and 6,
An output signal A is applied to one input terminal of the AND gate 14 via an inverter 5. Further, the output signal A of the comparator 6 is applied to one input terminal of the AND gate 15 via the inverter 9, and the output signal As is applied to one input terminal of the AND gate 16 via the inverter 9. is applied. Each and gate 16
A switching signal ST from the switching means TM is applied to the other input terminal of the AND gates 16 to 16, and the opening and closing of each AND gate 16 to 16 is controlled.

アンドゲート１７の一方の入力端には、コンパレータ２
の出力信号人、がインバータ７．８を介して印加され、
またこの信号はアンドゲート１９の一方の入力端にも印
加される。A comparator 2 is connected to one input terminal of the AND gate 17.
An output signal of 7.8 is applied via an inverter 7.8,
This signal is also applied to one input terminal of AND gate 19.

アンドゲート１７の他方の入力端には、コンパレータ４
の出力信号Ａ、がインバータ１１を介して印加され、ま
た、この信号は、アンドゲート２０の一方の入力端にも
印加されている。アンドゲート１Ｂの一方の入力端には
、コンパレータ４の出力信号Ａ４が、インバータ１１．
１２を介して印加゛され、この信号は、アンドゲート１
９の他方の入力端にも印加されている。アンドゲート１
８の他方の入力端には、コンパレータ２の出力信号Ａ−
ｇがインバータ７を介して印加され、この信号はアンド
ゲート２０の他方の入力端にも印加されている。A comparator 4 is connected to the other input terminal of the AND gate 17.
An output signal A is applied via the inverter 11, and this signal is also applied to one input terminal of the AND gate 20. The output signal A4 of the comparator 4 is connected to one input terminal of the AND gate 1B.
12, this signal is applied through the AND gate 1
9 is also applied to the other input terminal. and gate 1
The output signal A- of the comparator 2 is connected to the other input terminal of the comparator 8.
g is applied via the inverter 7, and this signal is also applied to the other input terminal of the AND gate 20.

各アンドゲート１６〜１６及び１７〜２０の出力は、オ
アゲート２１〜２４を介してドライブ各路ＤＶへ出力さ
れる。The outputs of the AND gates 16-16 and 17-20 are output to each drive path DV via OR gates 21-24.

この様に構成した装置の動作を、次に第３図に示す動作
波形図を参照しながら説明する。The operation of the apparatus constructed in this manner will now be described with reference to the operational waveform diagram shown in FIG.

第１図において、いま、ロータＲＴが矢印に示す方向に
回転しているものとすると、ステータコイルＳＣ，及び
ＳＣ，の両端Ｌ１〜Ｌ２及びり、〜Ｌ４には、ロータＲ
Ｔの回転に対応して、第３図（イ）、（ワ）に示すよう
に、互いに位相が異なった起動力ｅ１及びｅ、が発生す
る。In FIG. 1, assuming that the rotor RT is now rotating in the direction shown by the arrow, the rotor R
Corresponding to the rotation of T, starting forces e1 and e having mutually different phases are generated as shown in FIGS. 3(A) and 3(W).

また、ホール素子Ｈ１〜Ｈ４は、ロータＲ，Ｔの回転を
検出し、各コンパレータ１〜４の出力信号人、〜Ａ４は
、第６図（ハ）〜（へ）に示すように変化する。Further, the Hall elements H1 to H4 detect the rotation of the rotors R and T, and the output signals A4 of each of the comparators 1 to 4 change as shown in FIGS.

また、各アンドゲート１３〜１６の一方の入力端に印加
される信号Ｃ１〜Ｃ４は、第５図（ト）と停）に信号Ｃ
□とＣ８についてのみ代表して示すように、周期が起電
力ｅ、と同期した時間巾ｔ、の短形波信号となっている
。各アンドゲート１７〜２０の出力信号Ｂ１〜Ｂ４は、
第６図（ト）と（す）に信号Ｂ１　とＢ。Furthermore, the signals C1 to C4 applied to one input terminal of each AND gate 13 to 16 are as shown in FIG.
As shown representatively for □ and C8, the period is a rectangular wave signal with a time width t synchronized with the electromotive force e. The output signals B1 to B4 of each AND gate 17 to 20 are
Signals B1 and B are shown in Fig. 6 (G) and (S).

についてのみ代表して示すように、時間巾がｔ。As shown representatively, the time width is t.

（この例では’ｚ−２ｔｓ）の矩形波信号となっている
。('z-2ts in this example) is a rectangular wave signal.

ＤＣモータのトルク定数は、起電力定数Ｋｅに比例する
ものであり、（但しｅ−Ｋｅω　ここでωは角速度）第
６図（イ）（ロ）の起電力の振巾が一定な部分ではトル
クは一定に維持できる。ここで、ステータコイルＳＣ１
について着目すれば、アンドゲート１７，１８の出力信
号Ｂ１、Ｂ、によるタイミングで、ステータコイルＳＣ
８に駆動電流を流すと、こ−のコイルの両端電圧Ｅ１　
は、第３図（／りの実線に示すようになり、これによる
トルクは、第６図（力の実Ｉｆｉ！Ｔ、に示す通りとな
る。従って、２つのステータコイＡ／ＳＣ１、ＳＣ２に
よって発生するトルクの総和は、第６図（プの実線Ｔ０
に示すように回転位置（時間）によらず一定値とな°る
。The torque constant of a DC motor is proportional to the electromotive force constant Ke (where e-Keω, where ω is the angular velocity). can be maintained constant. Here, stator coil SC1
If we pay attention to this, the stator coil SC
When a driving current is passed through 8, the voltage across this coil E1
is as shown in the solid line in Fig. 3 (/), and the resulting torque is as shown in Fig. 6 (actual force Ifi!T). Therefore, the torque generated by the two stator coils A/SC1 and SC2 is The total torque is shown in Figure 6 (solid line T0
As shown in , it is a constant value regardless of the rotational position (time).

これに対し、アンド−ゲート１６〜１６を切替信号８Ｔ
によって開にし、出力信号０１〜Ｃ４によるタイミング
で、ステータコイＡ／ＳＣ，，ＳＣ２に駆動信号を流す
と、例えばステータコイルＳＣ１の両端電圧は、第６図
ｅ→の破線に示す通りとなり、またこれによるトルクは
第６図（′＝Ａの破線に示す通りとナル。従って、この
場合の２つのステータコイルｓｃ、　、　ｓｃ、によっ
て発生するトルクの総和は、第６図（ロ）の破線に示す
通りとなり、トルクむらはあるもののトルクの平均値を
増大させることができる。On the other hand, the AND gates 16 to 16 are switched by the switching signal 8T.
When the drive signal is applied to the stator coils A/SC, , SC2 at the timing according to the output signals 01 to C4, the voltage across the stator coil SC1 becomes as shown by the broken line in Fig. 6 e→, and this The torque due to the torque is as shown in the broken line in Figure 6 (' = A). Therefore, the sum of the torques generated by the two stator coils sc, , sc, in this case is shown in the broken line in Figure 6 (B). Although the torque is uneven, the average value of the torque can be increased.

第１図において、切替手段ＴＭは、例えばタイマーであ
って、モータ起動後一定時間は、切替信号ＳＴを出力さ
せ、（Ｈ）これにより、各アンドゲート１６〜１６を開
とさせ、出力信号Ｃ１〜Ｃ４による第１のタイミングに
よってスイッチングを制御し、トルクを増すようにして
いる。起動後一定時間経過すると、アンドゲート１３〜
１６は閉じ、各アンドゲート１７〜２０の出力信号によ
る第２のタイミングによりスイッチングを制御し、回転
むらのない定トルクの定常回転に移行する。In FIG. 1, the switching means TM is, for example, a timer, and outputs a switching signal ST for a certain period of time after starting the motor (H), thereby opening each AND gate 16 to 16 and outputting a signal C1. The switching is controlled by the first timing by C4 to increase the torque. After a certain period of time has passed after startup, AND Gate 13~
16 is closed, switching is controlled by the second timing based on the output signal of each AND gate 17 to 20, and the rotation is shifted to steady rotation with constant torque without uneven rotation.

なお、上記の実施例では、切替手段ＴＭとして、タイマ
ーを使用した場合を説明したが、これをロータＲＴの回
転速度を検出する手段とし、四−タＲＴの回転が一定速
度に達しない前は、第１のタイミングによりスイッチン
グを制御し、一定速度に達したらそれを検出して第２の
タイミングに切替えるようにしてもよい。In the above embodiment, a timer is used as the switching means TM, but this is used as a means for detecting the rotational speed of the rotor RT. , the switching may be controlled using the first timing, and when a certain speed is reached, it may be detected and switched to the second timing.

また、本発明に係る装置は、電子スチルカメラ用の磁気
ディスク駆動モータのみならず、起動時・の回転の立上
りが良いことを要求される各種装置のブラシレスＤＣモ
ータであってかつ電源に蓄電池や乾電池を用いる携帯用
装置のブラシレスＤＣモータ駆動回路に適用することが
できる。Furthermore, the device according to the present invention is applicable not only to magnetic disk drive motors for electronic still cameras, but also to brushless DC motors for various devices that are required to have a good start-up speed at startup, and which can be powered by storage batteries or other devices. It can be applied to a brushless DC motor drive circuit of a portable device using dry batteries.

〔本発明の効果〕[Effects of the present invention]

以上説明したように、本発明によれば、簡単な回路で、
トルクを切替手段からの信号によって増大することがで
きるもので、起動から一定回転速度に、至る時間を短く
することの可能なブラシレスＤＣモータの駆動回路が実
現できる。As explained above, according to the present invention, with a simple circuit,
It is possible to realize a drive circuit for a brushless DC motor in which the torque can be increased by a signal from the switching means, and the time from startup to a constant rotation speed can be shortened.

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

第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成プルツク図
、第２図は第１図におけるコントロール回路の一例を示
す回路図、第３図は動作説明のだめの波形図である。 ＲＴ・・・ロータ、ＳＴ・・・ステータ、ｓ　ｃｌ、　
ｓ　ｃ、・・・ステータコイル、Ｈ１〜Ｈ４・・・ホー
ル素子、ＣＣ・・・コントロール回路、Ｄｖ・・・ドラ
イブ回路、ＴＭ・・・切替手段。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第４図 υＶ （）（） 艷　Ｎ　町 ぐくく 斗己こ侶ご ε　ｉ　ｊ：　Ｅ　こ　ミ　と　しFIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the control circuit in FIG. 1, and FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation. RT...rotor, ST...stator, s cl,
s c,... Stator coil, H1-H4... Hall element, CC... Control circuit, Dv... Drive circuit, TM... Switching means. Agent Patent Attorney Mitsuro Kimura Figure 4 υV ()() 艷N Machi Gukukuku Tokikogo ε ij: E Komi Toshi

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）　ステータコイルに流す駆動電流をロータの回転
位置に応じてスイッチングし、ロータを回転させるブラ
シレスＤＣモータの駆動回路において、回転起動時用の
第１のタイミング信号と、定常回転時用の第２のタイミ
ング信号とを出力するコントロール回路と１ 所定の条件で前記第１のタイミング信号から第２のタイ
ミング信号に切替る切替手段とを設け、ステータコイル
に流す駆動電流を前記コントロール回路からの各タイミ
ング信号によって制御することを特徴とするブラシレス
ＤＣモータノ駆動回路。(1) In a brushless DC motor drive circuit that rotates the rotor by switching the drive current flowing through the stator coil according to the rotational position of the rotor, a first timing signal for starting rotation and a second timing signal for steady rotation are used. 1. A control circuit for outputting a timing signal from the control circuit; and 1. switching means for switching from the first timing signal to the second timing signal under predetermined conditions. A brushless DC motor drive circuit characterized by being controlled by a timing signal. （２）切替手段はロータの回転速度検出手段を含み、前
記ロータの回転速度に達した時に第１のタイミングから
第２のタイミングに切替える特許請求の範囲第１項記載
のブラシレスＤＣモータの駆動装置。(2) The brushless DC motor drive device according to claim 1, wherein the switching means includes a rotor rotational speed detection means, and when the rotational speed of the rotor is reached, the switching means switches from the first timing to the second timing. . （３）切替手段はタイマーを含み、起動から一定時間に
達した時に第１のタイミングから第２のタイミングに切
替える特許請求の範囲第１項記載のブラシレスＤＣモー
タの駆動装置。(3) The brushless DC motor drive device according to claim 1, wherein the switching means includes a timer, and switches from the first timing to the second timing when a predetermined time has elapsed since activation.