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【発明の名称】 ステッピングモータ制御回路及び電子時計
【発明者】 【氏名】山本 幸祐

【氏名】間中 三郎

【氏名】本村 京志

【氏名】長谷川 貴則

【要約】 【課題】ステッピングモータの構成要素のバラツキ等による回転誤検出を抑制して、回転検出精度を向上させること。

【解決手段】主駆動パルスP1によってステッピングモータを駆動すると、直近の回転駆動時に発生した検出信号Vのピーク信号発生時点よりも後の検出時間閾値tcompにおいて、所定の閾値レベルVcompを超える検出信号Vが検出された場合、ステッピングモータは回転したと判断される。マスク時間T1をはじめとして検出時間閾値tcomp以外の時間内に、閾値レベルVcompを超える検出信号Vが発生した場合には非回転とみなして無視される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステッピングモータの回転に応じて生じる誘起信号に対応する検出信号が所定の条件を満たしたときに前記ステッピングモータが回転したと判断する回転判断手段と、相互にエネルギが異なる複数の主駆動パルス中のいずれかの主駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータが回転したと前記回転判断手段が判断したときに前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスにランク変更して前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、前記主駆動パルスでは前記ステッピングモータが回転しなかったと前記回転判断手段が判断したときに前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい補正駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータを回転駆動する制御手段とを備え、
前記回転判断手段は、今回の検出信号におけるピーク信号発生時点が、前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記今回の検出信号が閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断することを特徴とするステッピングモータ制御回路。
【請求項2】
前記ステッピングモータが回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点を記憶する記憶手段を備え、
前記回転判断手段は、前記記憶手段に記憶した前記直近の回転時に生じたピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、今回の検出信号が前記閾値レベルを越えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断することを特徴とする請求項1記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項3】
前記回転判断手段は、今回の検出におけるピーク信号と、今回の検出の際に前記ステッピングモータに加えられた主駆動パルスと極性が同じである主駆動パルスで直近に駆動された際のピーク信号とを比較し、今回のピーク信号発生時点が、前記ステッピングモータに加えられた主駆動パルスと極性が同じである主駆動パルスで直近に駆動された際のピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記今回の検出信号が閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断することを特徴とした請求項2記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項4】
前記回転判断手段は、今回のピーク信号発生時点が前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記検出信号が前記閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断することを特徴とする請求項1又は2記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項5】
前記回転判断手段が、今回のピーク信号発生時点が前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内より前で、且つ、前記検出信号が前記閾値レベルを超えたことによって前記ステッピングモータが回転したと判断したとき、前記制御手段は前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい主駆動パルスにランク変更して前記ステッピングモータを回転駆動することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項6】
前記ステッピングモータが回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点の代わりに、ランク変更した際の最初のピーク信号発生時点を用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項7】
前記ステッピングモータは、ロータ穴及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ穴内に配設されたロータと、コイルとを有し、前記コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにして成ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項8】
時刻針駆動用のステッピングモータをステッピングモータ制御回路によって回転制御する電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として、請求項1乃至7のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とする電子時計。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いた電子時計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、ロータ穴及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ穴内に配設されたロータと、コイルとを有し、前記コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにしたステッピングモータが電子時計等に使用されている。
【0003】
図4(a)は、従来から電子時計の時刻針駆動用として使用されているステッピングモータの構成図である。
図4(a)において、ステッピングモータ102は、ロータ穴203を有するステータ201、ロータ穴203に回転可能に収納され2極(S極及びN極)に着磁したロータ202、ステータ201と一体化された磁心210、磁心210に巻回されたコイル211を備えている。
【0004】
ステータ201には、ロータ穴203を挟んで対向する位置に2個の凹部である外側切欠部206、207が設けられており、外側切欠部206、207とロータ穴203の間には可飽和部208、209が形成されている。
また、ステータ201には、ロータ穴203に連続すると共にロータ穴203を挟んで対向する位置に2個の位置決め用凹部である内側切欠部204、205が設けられている。
【0005】
コイル211が励磁されていない状態では、ロータ202は、その磁極軸Aが内側切欠部204、205を結ぶ線分に対して直交する位置に安定して停止している。
いま、ステッピングモータ制御回路(図示せず)から矩形波のパルス信号をコイル211に供給して図4(a)の矢印方向に電流iを流すことにより、ステータ201に矢印C方向の磁束を発生させる。これにより、可飽和部208、209が先ず飽和して高磁気抵抗となり、その後、ステータ201に生じた磁極とロータ202の磁極との相互作用によって、ロータ202は図4(a)の矢印B方向に180度回転し、安定的に停止する。
【0006】
次に、逆極性の矩形波のパルス信号をコイル211に供給して、図4(b)の矢印方向に電流(絶対値が電流iに等しい電流)を流すと、ステータ201には矢印C´方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部208、209が先ず飽和し、その後、ステータ201に生じた磁極とロータ202の磁極との相互作用によって、ロータ202は図4(b)の矢印B´方向に180度回転し、安定的に停止する。
以後前記の如くして、コイル211に対して極性の異なる信号(交番信号)を供給することにより、前記動作が繰り返し行われて、ロータ202を180度ずつ矢印B方向、矢印B´方向に連続的に回転させることができる。
【0007】
前記ステッピングモータ制御回路は、ロータ202が回転したか否かを検出し、ロータ202の回転の有無に応じて、駆動パルスのパルス幅を変えるように構成されている。ロータ202が回転した場合、コイル211に生じる誘起電圧の信号レベルは所定の閾値を超えるが、ロータ202が回転しなかった場合には、コイル211に生じる誘起電圧の信号レベルは所定の閾値以下になる。したがって、回転の有無を検出するための検出回路によって、前記誘起電圧の信号レベルを判別することにより、ステッピングモータが回転したか否かの判断が可能になる。
【0008】
例えば、特許文献1には、通常時の駆動を担う主駆動パルスと、負荷変動時の駆動を担うエネルギの大きい補正駆動パルスとを備えたステッピングモータの補正駆動が記載されている。この補正駆動は主駆動パルスが非回転になった場合、補正駆動パルスをすかさず発生させるものである。
その回転/非回転を判定する方法として,ロータの振動による誘起電圧を検出する方式がある。この方法は任意に設定した所定の閾値電圧を超えた場合を回転、そうでない場合を非回転と判定している。さらに同じ電力値の駆動パルスが連続的に出力された場合、低消費電力化のために低い電力値の駆動パルスによって駆動するように構成している(パルスカウントダウン方式:PCD、以降PCDとする。)。
また、特許文献2に記載された発明では、第2主駆動パルスで駆動した際に誘起電圧が所定の基準時間経過前に検出された場合には第2主駆動パルスよりもパルス幅の短い第1主駆動パルスによる回転駆動方式に変更するといった方法が記載されている。
【0009】
図5は、前記各特許文献に記載された従来のステッピングモータの回転検出動作を説明するためのタイミング図である。同図(a)〜同図(d)における主駆動パルスP1(a)〜P1(d)のパルス幅、即ち、駆動エネルギは、P1(a)>P1(b)>P1(c)>P1(d)に設定されている。
図5(a)は、ステッピングモータが回転したときのタイミング図である。主駆動パルスP1(a)によってステッピングモータを駆動したとき、所定のマスク時間T1(回転検出を行わない時間)経過後の検出時間T2(回転検出を行う時間)において、所定の閾値電圧Vcompを超える検出信号Vのピーク信号Vmaxが得られている。
図5に示す検出信号Vについて、回転/非回転を精度良く検出するためには回転時に出力される誘起電圧と、非回転時に出力される誘起電圧との差異が大きいことが望ましい。そのため、誘起電圧にチョッピングをかけることによって検出信号Vを増幅している。
ステッピングモータ制御回路は、検出時間T2において、閾値電圧Vcompを超える検出信号Vが得られているため、回転したと判断する。
【0010】
図5(b)は、図5(a)において主駆動パルスP1(a)による駆動によってステッピングモータが回転したため、主駆動パルスのPCDを行うことによって幅狭の主駆動パルスをP1(b)に変更して駆動し、これによりステッピングモータが回転したときのタイミング図である。主駆動パルスP1(a)よりもパルス幅の狭い主駆動パルスP1(b)によって駆動しているため、ステッピングモータの回転速度が若干遅くなり、図5(a)の場合に比べて、検出信号Vのピーク信号Vmaxの発生時期が遅れている。
【0011】
図5(c)は、主駆動パルスP1(b)で連続的に駆動できたため、更にPCDを行い、更に幅狭の主駆動パルスP1(c)によってステッピングモータを駆動したときのタイミング図である。主駆動パルスP1(c)のエネルギが回転に必要なエネルギに達しておらず、ステッピングモータは回転していないため、反転する際の電磁ブレーキ効果によって反転速度が遅くなり、検出信号Vは閾値Vcomp以下のレベルになっている。ステッピングモータ制御回路は、検出時間T2において閾値Vcompを超える検出信号Vが得られないため、非回転と判断する。
【0012】
ところが、主駆動パルスP1(b)で連続的に駆動できたため、更にPCDを行い、更に幅狭の主駆動パルスP1(c)によってステッピングモータを駆動したとき、駆動パルスエネルギの不足、突然の負荷増大、ステッピングモータの構造的なバラツキ等による電磁ブレーキ効果が小さい等の原因が重なると、図5(c)のタイミング図が示すように主駆動パルスP1(c)による駆動直後にロータが反転し、電磁ブレーキ効果が小さく反転速度が速くなる。
したがって、回転はしないものの、閾値Vcompを超える検出信号Vが検出され、ステッピングモータ制御回路は誤って回転したと判断してしまう恐れがある。このように、ステッピングモータを構成する部品のバラツキ等によって電磁ブレーキが弱い場合、回転していないにも拘わらず、回転したと誤検出してしまい、誤動作が生じるという問題がある。
【0013】
【特許文献1】特公昭61−15385号公報(第2頁左欄第36行〜同頁右欄第33行、第4図)
【特許文献2】WO2005/119377号公報(段落[0032]〜[0072]、図1〜図5)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、ステッピングモータの構成要素のバラツキ等による回転誤検出を抑制して、回転検出精度を向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明によれば、ステッピングモータの回転に応じて生じる誘起信号に対応する検出信号が所定の条件を満たしたときに前記ステッピングモータが回転したと判断する回転判断手段と、相互にエネルギが異なる複数の主駆動パルス中のいずれかの主駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータが回転したと前記回転判断手段が判断したときに前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスにランク変更して前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、前記主駆動パルスでは前記ステッピングモータが回転しなかったと前記回転判断手段が判断したときに前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい補正駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータを回転駆動する制御手段とを備え、前記回転判断手段は、今回の検出信号におけるピーク信号発生時点が、前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記今回の検出信号が閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断することを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。
【0016】
回転判断手段は、今回の検出信号におけるピーク信号発生時点が、ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記今回の検出信号が閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断する。
制御手段は、相互にエネルギが異なる複数の主駆動パルス中のいずれかの主駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータが回転したと前記回転判断手段が判断したときに前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスにランク変更して前記ステッピングモータを回転駆動する。
【0017】
ここで、前記ステッピングモータが回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点を記憶する記憶手段を備え、前記回転判断手段は、前記記憶手段に記憶した前記直近の回転時に生じたピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、今回の検出信号が前記閾値レベルを越えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断するように構成してもよい。
また、前記回転判断手段は、今回の検出におけるピーク信号と、今回の検出の際に前記ステッピングモータに加えられた主駆動パルスと極性が同じである主駆動パルスで直近に駆動された際のピーク信号とを比較し、今回のピーク信号発生時点が、前記ステッピングモータに加えられた主駆動パルスと極性が同じである主駆動パルスで直近に駆動された際のピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記今回の検出信号が閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断するように構成してもよい。
【0018】
また、前記回転判断手段は、今回のピーク信号発生時点が前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内以後で、且つ、前記検出信号が前記閾値レベルを超えた場合に、前記ステッピングモータが回転したと判断するように構成してもよい。
また、前記回転判断手段が、今回のピーク信号発生時点が前記ステッピングモータが直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内より前で、且つ、前記検出信号が前記閾値レベルを超えたことによって前記ステッピングモータが回転したと判断したとき、前記制御手段は、前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい主駆動パルスにランク変更して前記ステッピングモータを回転駆動するように構成してもよい。
【0019】
また、前記ステッピングモータが回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点の代わりに、ランク変更した際の最初のピーク信号発生時点を用いるように構成してもよい。
また、前記ステッピングモータは、ロータ穴及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ穴内に配設されたロータと、コイルとを有し、前記コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するように構成してもよい。
【0020】
また、本発明によれば、時刻針駆動用のステッピングモータをステッピングモータ制御回路によって回転制御する電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として、前記いずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とする電子時計が提供される。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、ステッピングモータの構成要素のバラツキ等があっても、回転誤検出を抑制して回転検出精度を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る電子時計の回路ブロック図である。
図1において、電子時計は、ステッピングモータ102を回転制御するためのステッピングモータ制御回路101、時刻針(時針や分針)等を回転駆動するためのステッピングモータ102、ステッピングモータ制御回路101及びステッピングモータ102に動作電力を供給する電源103を備えている。
【0023】
ステッピングモータ102は、図4(a)及び図4(b)に示した構成のステッピングモータである。即ち、ステッピングモータ102は、ロータ穴203及びロータ202の停止位置を決める位置決め部である内側切欠部204、205を有するステータ201と、ロータ穴203内に配設されたロータ202と、コイル211とを有し、コイル211に交番信号を供給してステータ201に磁束を発生させることによってロータ202を回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置にロータ202を停止するように構成されている。
【0024】
ステッピングモータ制御回路101は、所定周波数の信号を発生する発振回路104、発振回路104で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路105、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路106、制御回路106からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用の駆動パルス(パルス幅(換言すれば駆動エネルギ)が相互に異なる複数種類の主駆動パルス、前記各主駆動パルスに比べてパルス幅が大きい補正駆動パルス)を選択しステッピングモータ102に出力する駆動パルス回路107、ステッピングモータ102から回転状況を表す回転検出信号を検出する回転検出手段108、回転検出手段108によって検出した検出信号中のピーク信号を検出した時点を記憶する比較時間記憶回路110、回転検出手段108が今回検出した検出信号におけるピーク信号の発生時点と比較時間記憶回路110に記憶した直近の検出信号におけるピーク信号の発生時点とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する検出時間比較判別回路109を備えている。
【0025】
回転検出手段108は、ステッピングモータ102の回転によって生じる誘起信号である誘起電圧を検出信号として検出すると共に、ステッピングモータ102が回転したときの、前記検出信号中のピーク信号の発生時点を比較時間記憶回路110に記憶する機能を有している。
検出時間比較判別回路109は、回転検出手段108が今回検出したピーク信号の発生時点と比較時間記憶回路110に記憶した直近のピーク信号の発生時点とを比較し、比較結果に応じた信号を制御回路106に出力する機能を有している。
尚、制御回路106、駆動パルス回路107は制御手段を構成し、制御回路106、回転検出手段108及び検出時間比較判別回路109は回転判断手段を構成し、比較時間記憶回路110は記憶手段を構成している。
【0026】
図2は、図1に示した電子時計の処理を示すフローチャートである。
また、図3は、図1に示したアナログ電子時計におけるステッピングモータ102の回転検出動作を説明するためのタイミング図である。
以下、図1〜図3を用いて、本実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及び電子時計の動作を説明する。
【0027】
先ず制御回路106は、所定時間(換言すれば所定回数)N及び駆動パルスのパルス幅(換言すれば駆動エネルギ)に相当するランクnを零にリセットする(ステップS201)。
次に、制御回路106は、主駆動パルスP1を最大パルス幅のランクnに設定し(ステップS202)、当該主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を駆動するように、駆動パルス回路107に制御信号を出力して制御する(ステップS203)。駆動パルス回路107は、制御回路106からの前記制御信号に応答して、ランクn(最大パルス幅)の主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を回転駆動する。
【0028】
回転検出手段108は、ステッピングモータ102の回転によって生じた誘起信号である誘起電圧に基づいて、前記誘起電圧に対応する検出信号Vを検出し、前記検出信号V中のピーク信号Vmaxの発生時点を比較時間記憶回路110に記憶する(ステップS204)。
次に、回転検出手段108は検出信号Vと所定の閾値レベルVcompとを比較し(ステップS205)、検出信号Vのレベルが閾値レベルVcompよりも大きいと判断したときはステッピングモータ102が回転したと判断する。
【0029】
制御回路106は、ステッピングモータ102は回転したと回転検出手段108が判断すると、Nに1を加算した後(ステップS206)、所定時間経過したか否か(換言すれば非回転となることなく、連続して所定回数駆動したか否か)を判断する(ステップS207)。
制御回路106は、処理ステップS207において所定時間経過したと判断した場合には、Nを零にすると共に現在の主駆動パルスP1のランクnを1ランク幅狭(ランク(n−1))の主駆動パルスP1に変更した後(ステップS208)、当該主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を回転駆動する(ステップS209)。
次に、回転検出手段108は、ステッピングモータが回転したときの検出信号V中のピーク信号Vmaxの発生時点を比較時間記憶回路110に記憶する(ステップS210)。
【0030】
次に、検出時間比較判別回路109は、比較時間記憶回路110に記憶した直近のピーク信号Vmax発生時点と今回記憶したピーク信号Vmax発生時点とを比較する(ステップS211)。
検出時間比較判別回路109が処理ステップS211において、今回検出したピーク信号Vmaxが直近のピーク信号発生時の以後で発生したと判断した場合、回転検出手段108は、今回の検出信号Vが閾値レベルVcompを超えているか否かを判断する(ステップS212)。
回転検出手段108は、今回の検出信号Vが閾値レベルVcompを超えている場合にはステッピングモータ102が正常に回転していると判断し、制御回路106は処理ステップS206に戻って、前記処理を繰り返す。
【0031】
処理ステップS207において、Nが所定時間になった場合、即ち、回転検出が連続して所定回数行われた場合には、処理ステップS208において、主駆動パルスP1のランクを1ランク幅狭の主駆動パルスに変更すると共にNを零にリセットし、正常な回転が連続して所定回数行われることによって再びNが所定値になったとき(即ち、回転駆動動作が安定に行われていると判断できるとき)、更に主駆動パルスP1を幅狭の主駆動パルスに変更して駆動すると共に、Nを零にリセットして、前記処理を繰り返す。
【0032】
一方、処理ステップS205において検出信号Vが閾値レベルVcompよりも大きくないと判断した場合、処理ステップS211において今回検出したピーク信号Vmaxが直近の回転時に生じたピーク信号Vmax発生時点前に発生したと判断した場合、及び、処理ステップS212において今回の検出信号Vが閾値レベルVcompを超えていないと判断した場合には、ステッピングモータ102が回転しなかったと判断して、制御回路106は、駆動パルスを各主駆動パルスP1よりもパルス幅の大きな補正駆動パルスP2に変更し、当該補正駆動パルスP2よってステッピングモータ102を駆動するように駆動パルス回路107を制御した後(ステップS214)、主駆動パルスP1のランクを1ランク上げて1ランク幅広の主駆動パルスP1に変更すると共にNを零にした後、処理ステップS203に戻って、前記新たなパルス幅の主駆動パルスP1によって駆動し、前記処理を繰り返す。
【0033】
前述したステッピングモータ102の回転検出動作を図3に即して説明すると、駆動パルス回路107が主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を駆動した場合、直近の回転駆動時に発生した検出信号Vの発生時点以後の所定時間(本実施の形態では検出時間閾値tcomp)内において、所定の閾値レベルVcompを超える検出信号Vが回転検出手段108によって検出されたとき、ステッピングモータ102は回転したと判断する。前記所定時間以外の時間(マスク時間T1をはじめとして検出時間閾値tcomp以外の時間)に、閾値レベルVcompを超える検出信号Vが発生した場合には、回転を表す検出信号とはみなされずに無視される。これにより、ステッピングモータ102の構成要素にバラツキ等があっても、回転検出精度を向上させることが可能になる。
【0034】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ駆動回路101は、直前の駆動パルスの印加によって生じたロータ202の誘起電圧が最大値となるピーク信号発生時点を比較時間記憶回路110記憶し比較する回転判断手段を備え、ロータ202非回転時に所定の範囲外に検出信号Vが生じた場合には、所定の閾値レベルVcompを超える検出信号が発生しても非回転と判定するようにしているため、回転/非回転の誤判定を防ぐことが可能になる。
【0035】
また、PCD実施前、即ち、駆動パルス幅ランクが最大のnの主駆動パルスP1による駆動時に生じた誘起電圧が最大値をとる時間を記録し、その後、PCDを実施するようにしている。そして、駆動パルス幅ランクが(n−1)の主駆動パルスP1における誘起電圧の最大値をとる時間と比較し、これが直前の時間よりも早く出力されていた場合は非回転とみなすようにしている。即ち、パルス電力値が小さくなったため、通常は回転が遅くなるので、誘起電圧最大値をとる時間も遅くなるはずであり、これに反する場合には非回転と見なすようにしている。
【0036】
尚、前記実施の形態では、各主駆動パルスP1をパルス幅が異なるようにしたが、信号レベルを変える等して、駆動エネルギを変えればよい。
また、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例として電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。
【0037】
次に、本発明を適用した実施の形態2について、以下に示す。実施の形態2における電子時計の処理を示すフローチャートを図6に示す。図2と同一処理の部分には同一符号を付している。
実施の形態1と異なる点として、比較時間記憶回路110に記憶するピーク信号Vmaxの発生時点は、極性別に図4(a)における電流方向(以後、OUT1とする)及び、図4(b)における電流方向(以後、OUT2とする)の2種類について記憶する(ステップS203、S204、S601、S602)。
【0038】
そして、処理ステップS207において、Nが所定時間になった場合、即ち、回転検出が連続して所定回数行われた場合には、処理ステップS208において、主駆動パルスP1のランクを1ランク幅狭の主駆動パルスに変更すると共にNを零にリセットしPCDを実施する。その時経過時間に応じて比較するピーク信号Vmaxの発生時点をOUT1、OUT2のいずれかを選択し(ステップS603)、実施の形態1に挙げた回転検出を実施する。OUT1、OUT2の選択方法は、ステップS209で出力した主駆動パルスP1と同極性のパルスであることとする。
【0039】
本発明の実施の形態2は回転検出動作を説明するタイミングが図7のようなタイミングとなる時に有効である。これは、回転軸の偏心や外部から一定方向に強磁界が発生した場合等、図7(a)及び図7(b)のように駆動状態が異なることがある。すなわち、図4(a)の電流方向で駆動した極性では図7(a)のような回転を実現しても、電流方向が逆となる図4(b)の方では回転の負荷が強いため、図7(b)のように、駆動パルスのエネルギとは関係なくピーク信号発生時点が図7(a)と比較して遅くなる現象が考えられる。
この時同極方向に出力された主駆動パルスでの直近の回転時に生じたピーク信号発生時点を記憶、比較することで、極性による駆動状態の差異に関わらず、同一の条件で回転状態を比較することができる。本実施の形態2を用いることで、駆動パルスエネルギに依存しない負荷を考慮した回転検出を実現できる。
【0040】
本実施の形態2を適用することで、ステッピングモータ102について極性に依存する負荷が生じていても、回転検出精度を向上させることが可能になる。
また、非回転時に大きな誘起電圧信号が生じた場合でも、回転と誤判定することを抑制することが可能になるため、速やかに補正駆動パルスP2による回転駆動が可能になり、誤動作の発生を抑制することが可能になる。
【0041】
図8は、本発明の実施の形態3の処理を示すフローチャートで、図2と同一処理を行う部分には同一符号を付している。図2の処理との相違点は、処理ステップS211に代えて、Vmax時刻は直前のそれと比較して以降、又は一つ前のV発生時間帯か否かを判断するようにしている点(ステップS801)である。本実施の形態3においても前記各実施の形態と同様の効果を奏する。
【0042】
本実施の形態は、回転検出動作を説明するタイミングが図9のようなタイミングとなる時に有効である。ステップS801で比較すべきピーク信号発生時点以後の所定時間について、ステップS204で比較時間記憶回路110に記憶した際の駆動状態と、ステップS210とで比較時間記憶回路110に記憶した際の駆動状態とが、極性に依存しない交流磁界やステッピングモータ102の向きや駆動負荷が刻々と変化する場合、回転検出タイミングが図9のようになる。例えば、ステップS204時点(図9(a)、図9(b))において駆動に負荷がかかっていたのに対して、これが後のステップS210時点において先の負荷が解消されていた場合において、通常はPCD後の回転が遅くなるが、図9(c)のように僅かに回転が速くなる場合もある。
【0043】
特に検出信号Vは図3のようにチョッピング波形をなしている場合、微小な負荷のずれがピーク信号Vmax発生時点について1領域分ずれてしまうことも想定される。
本実施の形態3は、本課題を解決するために、ステップS210のピーク信号発生時点がステップS204のピーク信号発生時点以後の所定時間内、あるいは一つ前の検出信号発生時間帯内を検出時間閾値tcompとしている。
【0044】
検出信号Vは、回転/非回転時における出力量の差異を明確にするためにスイッチングによる増幅効果を期待し、図9のようにチョッピング波形としている。チョッピング間隔については本実施の形態では、ピーク時間の検出ならびにピーク信号Vmaxの増幅効果についてバランスが優れているため、1領域の時間間隔を1msecとしている。
すなわち、図9(c)におけるピーク信号Vmax発生時点が図9(b)のピーク信号Vmax発生時点から−1msec以後となっているとき、回転と判断する。但し何msecとしても本発明を制限するものではない。
【0045】
したがって、本実施の形態を適用することで、ステッピングモータ102にかかる負荷が刻々変化する場合においても、回転検出精度を向上させることが可能になる。
また、非回転時に大きな誘起電圧信号が生じた場合でも、回転と誤判定することを抑制することが可能になるため、速やかに補正駆動パルスP2による回転駆動が可能になり、誤動作の発生を抑制することが可能になる。
【0046】
図10は、本発明の実施の形態4の処理を示すフローチャートで、図2と同一処理を行う部分には同一符号を付している。図2の処理との相違点は、処理ステップS207の判断が否定(No)の場合に処理ステップS1001を介して処理ステップS211に移行するようにしている。
即ち、図10において、制御回路106は、ステッピングモータ102は回転したと回転検出手段108が判断すると、Nに1を加算した後(ステップS206)、所定時間経過したか否か(換言すれば非回転となることなく、連続して所定回数駆動したか否か)を判断する(ステップS207)。制御回路106は、処理ステップS207において所定時間経過したと判断した場合には、Nを零にすると共に現在の主駆動パルスP1のランクnを1ランク幅狭(ランク(n−1))の主駆動パルスP1に変更した後(ステップS208)、当該主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を回転駆動する(ステップS209)。
【0047】
一方、制御回路106は、処理ステップS207において所定時間経過していないと判断した場合には、ピーク信号発生時刻Vmaxの発生時刻を比較時間記憶回路110に記憶することなく、現在の主駆動パルスP1によってステッピングモータ102を回転駆動した後、処理ステップS211に移行する(ステップS1001)。
このように、本実施の形態4では、ステッピングモータ102が回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点の代わりに、ランク変更した際の最初のピーク信号発生時点Vmaxを記憶して用いるように構成している。
【0048】
前述した図2の処理では、ステッピングモータ102が回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点を記憶するようにしているため、連続的に負荷が発生していたが徐々に解除された場合、ピーク信号発生時点が連続して「1つ前の検出信号発生時間帯」よりも前に発生した負荷が軽くなり、回転しやすくなったにも拘わらず過度のランクアップを生じてしまう恐れがある。本実施の形態4では、ランク変更した際の最初のピーク信号発生時点を記憶して使用しているため、上記問題の発生を回避できるという効果がある。
【0049】
図11は、本発明の実施の形態5の処理を示すフローチャートで、図2と同一処理を行う部分には同一符号を付している。図2の処理との相違点は、処理ステップS211の判断が否定(No)の場合に処理ステップS214を介さずに処理ステップS213に移行するようにしている。
即ち、図11において、検出時間比較判別回路109は、比較時間記憶回路110に記憶した直近のピーク信号Vmax発生時点と今回記憶したピーク信号Vmax発生時点とを比較する(ステップS211)。検出時間比較判別回路109が処理ステップS211において、今回検出したピーク信号Vmaxが直近のピーク信号発生時の以後で発生したと判断した場合には、図2と同様に処理ステップS212に移行する。
【0050】
一方、検出時間比較判別回路109が処理ステップS211において、今回検出したピーク信号Vmaxが直近の回転時に生じたピーク信号Vmax発生時前に発生したと判断した場合には、補正駆動パルスP2による駆動は行わずに、ステッピングモータ102の駆動エネルギが不足気味であると判断して処理ステップS213に移行し、主駆動パルスP1をランクアップしてカウンタ値Nを零にする。
図5(e)に示すように、回転停止するか否かのギリギリの駆動エネルギによって辛うじて回転している場合、本来ならばマスク期間T1内で発生するピーク信号Vmaxが遅れて発生するため、検出時間T2内で発生してしまう場合がある。
この場合、前述した実施の形態1〜4では、補正駆動パルスP2による駆動を行った後にランクアップし、カウンタ値Nをゼロにしている。これでは、外部環境変動が激しい場合、補正駆動パルスP2を過度に出力することになり、消費電流が過度に大きくなってしまう。
【0051】
これに対して本実施の形態5では、今回のピーク信号発生時点がステッピングモータ102が直近に回転したときのピーク信号発生時点の一つ前の検出信号発生時間帯内より前で、且つ、検出信号が閾値レベルを超えたためステッピングモータ102が回転したと判断したとき、制御回路106において、当該主駆動パルスよりもエネルギの大きい主駆動パルスにランク変更してステッピングモータ102を回転駆動するようにしているため、補正駆動パルスP2による駆動を行わなれず、省電力化が可能になるという効果がある。
尚、本実施の形態5においても、前記実施の形態4と同様に、ステッピングモータ102が回転した際の直近のパルスのピーク信号発生時点の代わりに、ランク変更した際の最初のピーク信号発生時点を用いるように構成してもよい。
【0052】
また、前記各実施の形態では、各主駆動パルスP1をパルス幅が異なるように構成したが、信号レベルを変える等して、駆動エネルギを変えればよい。
また、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例として電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明のカレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種の電子時計に適用可能である。
また、本発明のステッピングモータはステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路を使用した電子時計の回路ブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る電子時計の処理を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施の形態1に係る電子時計におけるステッピングモータの回転検出動作を説明するタイミング図である。
【図4】従来から使用されているステッピングモータの構成図である。
【図5】従来のステッピングモータ及び本発明の第5の実施の形態の回転検出を説明するタイミング図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る電子時計の処理を示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施の形態2に係る電子時計におけるステッピングモータの回転検出動作を説明するタイミング図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る電子時計の処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の実施の形態3に係る電子時計におけるステッピングモータの回転検出動作を説明するタイミング図である。
【図10】本発明の実施の形態4に係る電子時計の処理を示すフローチャートである。
【図11】本発明の実施の形態5に係る電子時計の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0055】
101・・・ステッピングモータ制御回路
102・・・ステッピングモータ
103・・・電源
104・・・発振回路
105・・・分周回路
106・・・制御手段及び回転判断手段を構成する制御回路
107・・・制御手段を構成する駆動パルス回路
108・・・回転判断手段を構成する回転検出手段
109・・・回転判断手段を構成する検出時間比較判別回路
110・・・記憶手段を構成する比較時間記憶回路
201・・・ステータ
202・・・ロータ
203・・・ロータ穴
204、205・・・位置決め部を構成する内側切欠部
206、207・・・外側切欠部
208、209・・・可飽和部
210・・・磁心
211・・・コイル
【出願人】 【識別番号】000002325
【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社
【出願日】 平成19年12月10日(2007.12.10)
【代理人】 【識別番号】100079212
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 義治


【公開番号】 特開2008−170424(P2008−170424A)
【公開日】 平成20年7月24日(2008.7.24)
【出願番号】 特願2007−318554(P2007−318554)