JPS589599A - Stepping motor for electronic watch - Google Patents

Stepping motor for electronic watch

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Publication number
JPS589599A
JPS589599A JP10800281A JP10800281A JPS589599A JP S589599 A JPS589599 A JP S589599A JP 10800281 A JP10800281 A JP 10800281A JP 10800281 A JP10800281 A JP 10800281A JP S589599 A JPS589599 A JP S589599A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
coil
driving
pulse width
stepping motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10800281A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanobu Fujisaki
藤崎 昌伸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp, Suwa Seikosha KK filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP10800281A priority Critical patent/JPS589599A/en
Publication of JPS589599A publication Critical patent/JPS589599A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14Arrangements for controlling speed or speed and torque
    • H02P8/16Reducing energy dissipated or supplied

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the efficiency of a stepping motor, when it is driven by short pulses, by preventing the flow of a negative current after the driving pulses are stopped by opening both ends of a coil. CONSTITUTION:A control circuit is provided so that the pulse width of the driving pulse of the stepping motor is stepwise contracted or expanded and the driving pulses having the minimum pulse width corresponding to a load are sent to the stepping motor. A driving circuit is provided so that both ends of the coil is opened or connected by a high resistance element for a specified time period after the driving pulses are finished within one step of a rotor and thereafter both ends of the coil are shorted.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアナリグ表示式電子時計のステップモーターの
低消費電力駆動方式に関するものである電子腕時計用超
小型ステップモーターの様に低消費電力が要求されるス
テップモーターにおいて低消費電力化の方法として、ス
テップモーター自身の電気−機械変換効率の向上と共に
、ステップモーターの駆動電力をステップモーターの負
荷、駆動環境に応じて動的に制御することにより、より
少ない電力で駆動する方法がある。駆動電力の制御の具
体的な方法としては、駆動パルス幅の制御や、駆動パル
スのデユーティ−比の制御などが行なわれている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a low power consumption drive method for a step motor of an electronic watch with an analog display. As a method of electrification, in addition to improving the electric-mechanical conversion efficiency of the step motor itself, it is possible to drive the step motor with less power by dynamically controlling the drive power of the step motor according to the load of the step motor and the driving environment. There is. Specific methods for controlling drive power include controlling drive pulse width and duty ratio of drive pulses.

駆動電力の動的制御としては一般的にいわゆる補正駆動
方式が用いられている。この方式では、通常時は低電力
で駆動し、なんらかの原因でローターが正常に回転しな
がった場合にのみ、大電力で再駆動を行う。
A so-called correction drive method is generally used for dynamic control of drive power. In this method, the rotor is normally driven with low power, and only if the rotor does not rotate normally for some reason, the rotor is driven again with high power.

この種の方式に於いては、どのような方式であれ通常駆
動時の電力はギリギリの設定となっており、いわゆる予
裕トルクは非常に小さなものとなっている。このため、
低電力駆動時の電気−機械変換効率を高めることが非常
に大切なこととなってくる。
In this type of system, the electric power during normal driving is set at the very limit no matter what type of system it is, and the so-called reserve torque is extremely small. For this reason,
It is extremely important to increase the electromechanical conversion efficiency during low power drive.

本発明は、低電力駆動時の電気−機械変換効率を高める
ことを目的とするものである。
The present invention aims to improve the electro-mechanical conversion efficiency during low power driving.

以下駆動パルス巾による電力制御を例にとり、(fH1
g動時のステップモーターの動作について説明する。な
お、説明の都合上、2極モーター、つまり1駆動パルス
によるローターの1ステツプ回転角が180°の場合を
以下に例示する。但し、本発明は、多極ローターの場合
にも適用されることは勿論で゛ある。
Taking power control using the drive pulse width as an example below, (fH1
The operation of the step motor during g motion will be explained. For convenience of explanation, a case will be exemplified below in which a two-pole motor is used, that is, one step rotation angle of the rotor by one drive pulse is 180 degrees. However, it goes without saying that the present invention can also be applied to a multipolar rotor.

第1図は一般的な固定パルス駆動の駆動電圧波形の一例
である。駆動パルスが切れた後はローターの運動を電気
的にブレーキをかけるために、コイルの両端はショート
に近い状態となっている。
FIG. 1 is an example of a driving voltage waveform of general fixed pulse driving. After the drive pulse ends, both ends of the coil are almost short-circuited in order to electrically brake the rotor's motion.

このため駆動パルスが切れた後もコイルには電流が流れ
る。この−例を第2図(α)に示す。電力制御の方法と
してパルスIJを狭くした場合の電流波形を第3図(α
)に示す。第2図(h)、第3図共Ch)には、ロータ
ーの回転の様子を示しである。パルス巾が長い第2図の
場合には、ローターが90°をすぎてから駆動パルスが
切られることになり、90°を通過する際の角速度も相
当に大きなものとなっている。一方パルス巾が短い第3
図の場合には、ローターが90°をすぎる以前に駆動パ
ルスが切れてしまうことになり、それから後は、ロータ
ーの慣性によって180°へ向って回転を続けることに
なる。このためローターが90°を通過する際の角速度
は比較的小さくなり、やっと回転の中立点である90°
付近を通過することになる。駆動パルスが切れた後は、
コイルのL成分の影響と、ローターが回転していること
により発生する誘起電圧との影響により定まる電流がコ
イルに流れ、この電流がローターに力をおよぼすことに
なる。第3図(α)の1から2の部分の電流値は負とな
りこの電流による力はローターの回転を止める方向に作
用することになり、ローターの運動をおさえることにな
る。すなわち、駆動パルスが短い第3図のような場合に
は、1から2までの電流が負に流れることが、ステップ
モーターの効率を下げる方向に作用していることになる
Therefore, current flows through the coil even after the drive pulse is cut off. An example of this is shown in FIG. 2 (α). Figure 3 shows the current waveform when the pulse IJ is narrowed as a power control method (α
). FIG. 2(h) and FIG. 3 (Ch) both show how the rotor rotates. In the case of FIG. 2, where the pulse width is long, the drive pulse is cut off after the rotor passes 90°, and the angular velocity when passing through 90° is also quite large. On the other hand, the third pulse width is shorter.
In the case shown in the figure, the drive pulse ends before the rotor turns 90 degrees, and after that, the rotor continues rotating toward 180 degrees due to its inertia. For this reason, the angular velocity when the rotor passes through 90° is relatively small, and it finally reaches 90°, which is the neutral point of rotation.
It will pass nearby. After the drive pulse is cut off,
A current flows through the coil, determined by the influence of the L component of the coil and the induced voltage generated by the rotation of the rotor, and this current exerts a force on the rotor. The current value between 1 and 2 in FIG. 3 (α) is negative, and the force due to this current acts in the direction of stopping the rotation of the rotor, thereby suppressing the movement of the rotor. That is, in the case where the drive pulse is short as shown in FIG. 3, the negative current flow from 1 to 2 acts to lower the efficiency of the step motor.

本発明は、この負に流れる電流の影響を取り除き、低電
力駆動時の効率を向上させることが目的である。
The purpose of the present invention is to eliminate the influence of this negative current and improve efficiency during low power driving.

すなわち巾の短い駆動パルスの終了後、一定時間コイル
の両端を開放または高抵抗で接続することにより、90
°付近でローターに作用する電気ブレーキの影響をなく
シ、ローターの回転をスムーズにさせる。ローターが9
0° (ローターの1ステツプの中点位置)をすぎて1
80° (ローターの1ステツプ終了点位置)に向かう
時以降は、ローターの動きにブレーキをかけ、すみやか
に運動が収束するように、コイルの両端を短絡させる本
発明によれば、同一のパルス巾ならば出力トルクがより
大きくなり、回転可能なギリギリのパルス巾にするなら
ば、そのパルス巾を狭くすることが可能であり、結果と
して消費電流を低減することが出来る。
In other words, after the end of a short drive pulse, by opening both ends of the coil or connecting them with high resistance for a certain period of time, the 90
It eliminates the influence of the electric brake that acts on the rotor near °, and allows the rotor to rotate smoothly. rotor is 9
1 after passing 0° (midpoint of one rotor step)
According to the present invention, both ends of the coil are short-circuited so that the rotor motion is braked and the motion quickly converges from the time when the rotor moves toward 80° (the end point of one step of the rotor). In this case, the output torque becomes larger, and if the pulse width is set to the limit that allows rotation, it is possible to narrow the pulse width, and as a result, the current consumption can be reduced.

以上駆動電力の制御として駆動パルス巾の制御にそくし
て本発明を説明したが、その他の駆動電力制御方法でも
低電力駆動時のローターの基本的な運動状態は大差なく
、本発明がそのまま適用出来る。
Although the present invention has been explained above in connection with controlling the drive pulse width as a means of controlling the drive power, the basic motion state of the rotor during low power driving is not much different even with other drive power control methods, and the present invention can be applied as is. .

次に本発明を実施例にて具体的に説明する。Next, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

第4図に実施例で用いたステップモーターに関して、従
来の方法により無負荷で回転可能な最小な駆動パルス巾
による電流波形と、その時のローターの運動状態を示し
である。(α)は電流波形であり、駆動パルスが切れた
後は、コイルの両端は短絡されている。(b)はロータ
ーの回転角を示してあり、(C)は角速度を示してあり
、  (d)はローターに作用するトルクを示しである
FIG. 4 shows the current waveform of the step motor used in the example with the minimum drive pulse width that allows rotation without load using a conventional method, and the state of motion of the rotor at that time. (α) is a current waveform, and after the drive pulse is cut off, both ends of the coil are short-circuited. (b) shows the rotation angle of the rotor, (C) shows the angular velocity, and (d) shows the torque acting on the rotor.

t、からt、までの間は(α)で電流が負になる部分で
ある。
The period from t to t is a portion where the current becomes negative at (α).

第5図(α)〜(d)に第4図(α)〜(d)と同一の
ステップモーターに、本発iによる駆動を行った場合の
電流波形と、ローターの運動状態を示しである。なおパ
ルス巾に関しては、第4図と同−巾にしである。コイル
の両端を開放する時間は、t、からt3までとしである
ために第5図(cL)の電流波形においてtlからt3
までの間は電流値が0となっている。このために、ロー
ターに作用するトルクは第”4Cd)に示したように第
4図(d、)のtlからt2までと比較してローターを
止めようとする力が弱くなり、ローターの角速度は第5
図(C)に示したように第4図(C)に比較して、tl
からt2までの間大きな値となっている。そのために、
第51M(b)に示したローターの運動は、90°以前
から180°までの動きが速くなり、スムー、ズに回転
していることになる。
Figures 5 (α) to (d) show the current waveforms and rotor motion states when the same step motor as in Figures 4 (α) to (d) is driven by the present invention i. . Note that the pulse width is the same as that in FIG. 4. The time for opening both ends of the coil is from t to t3, so in the current waveform in Figure 5 (cL), it is from tl to t3.
Until then, the current value is 0. For this reason, the torque acting on the rotor becomes weaker as shown in ``4Cd'' compared to tl to t2 in Figure 4(d), and the angular velocity of the rotor decreases. Fifth
As shown in Figure (C), compared to Figure 4 (C), tl
It is a large value from t2 to t2. for that,
The motion of the rotor shown in No. 51M(b) becomes faster from before 90° to 180°, and is rotating smoothly.

すなわち同一パルス巾で従来の駆動方法と、本発明によ
る駆動方法を比較した場合、出力トルクが増大すること
になる。パルス巾を2.9m5ecとした場合、従来方
法では分針における測定で、0.89ormの出力トル
クとなり、本発明による駆動方法によれば0.9 ?−
cmの出カバトルクとなり、約12.5%の効率アップ
となった。
That is, when comparing the conventional driving method and the driving method according to the present invention with the same pulse width, the output torque increases. When the pulse width is 2.9m5ec, the conventional method results in an output torque of 0.89orm when measured using the minute hand, and the drive method according to the present invention results in an output torque of 0.9orm. −
cm output torque, resulting in an efficiency increase of approximately 12.5%.

正常に回転する最低のパルス巾に設定して、従来の方法
と、本発明による方法を比較すると、本発明による方法
の方がパルス巾を狭く設定することが可能となり、その
結果として消費電流が減少する。本実施例においては、
約10%消費電流が減少した。
When comparing the conventional method and the method according to the present invention by setting the pulse width to the lowest value for normal rotation, the method according to the present invention allows the pulse width to be set narrower, resulting in lower current consumption. Decrease. In this example,
Current consumption decreased by approximately 10%.

なお、コイルの両端を開放し始めるタイミングは、駆動
パルスが切れてから0.3〜O−7fi Sec後が良
い。これは、コイルのL成分の影響で、駆動パルスが切
れてから電流が0となるまで一定時間を要するからであ
る。電流が正の値となっている間は、電流が0となるよ
りはローターの回転に良し)影響を与えるからである。
Note that the timing to start opening both ends of the coil is preferably 0.3 to O-7fi Sec after the drive pulse ends. This is because it takes a certain amount of time for the current to become zero after the drive pulse is cut off due to the influence of the L component of the coil. This is because while the current is a positive value, it has a better effect on the rotation of the rotor than when the current is zero.

開放したコイルの両端を1再び短絡するタイミングは、
ローターが90゜を通過してから180°を通過する間
に設定すれば有効である。
The timing to short-circuit both ends of the open coil again is:
It is effective if the setting is made between when the rotor passes through 90° and when the rotor passes through 180°.

以上説明したように、短いパルスで駆動する際、駆動パ
ルスが切れた後に、負の電流が流れていたものをコイル
の両端を開放することにより流さないようにし、ステッ
プモーターの効率を上げることが出来、その効果は大き
なものである。
As explained above, when driving with short pulses, the efficiency of the step motor can be increased by opening both ends of the coil to prevent the negative current from flowing after the driving pulse has ended. Yes, the effect is great.

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

第1図は一般的な固定パルス駆動の駆動電圧波形ノー例
、第2図(α)は長いパルス巾による駆動の際の電流波
形、(h)はその時のローターの回転の様子である。第
3図(α)は短いパルス巾による駆動の際の電流波形、
(b)はその時のローターの回転の様子である。第4図
(α)は実施例で用いたステップモーターを従来の方法
で駆動した際の電流値であり、(h)はローターの回転
角、(C)は角速度、(d)はローターに作用するトル
クである。第5図(cL)は本発明により駆動した電流
波形であり、(/l)はローターの回転角、(C)は角
速度、(d)はローターに作用するトルクである。 以上 出願人 株式会社諏訪精工舎 代理人 弁理士 最上  務 鳴1図
FIG. 1 shows an example of the driving voltage waveform of general fixed pulse driving, FIG. 2 (α) shows the current waveform when driving with a long pulse width, and (h) shows the rotation of the rotor at that time. Figure 3 (α) shows the current waveform when driving with a short pulse width.
(b) shows how the rotor rotates at that time. Figure 4 (α) shows the current value when the step motor used in the example is driven by the conventional method, (h) is the rotation angle of the rotor, (C) is the angular velocity, and (d) is the current value acting on the rotor. The torque is FIG. 5(cL) shows a current waveform driven by the present invention, where (/l) is the rotation angle of the rotor, (C) is the angular velocity, and (d) is the torque acting on the rotor. Applicant Suwa Seikosha Co., Ltd. Agent Patent Attorney Muminari Mogami Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ステップモーターの駆動パルスのパルス巾を段階的に縮
少又は拡大して負荷に応じた最小限のパルス巾の駆動パ
ルスをステップモーターに送る制御回路を設け、ロータ
ーの1ステツプ内において駆動パルス終了後一定時間コ
イルの両端を開放または、高抵抗で接続し、その後はコ
イル両端を短絡するような駆動回路を有する電子時計用
ステップモーター。
A control circuit is provided that reduces or expands the pulse width of the drive pulse of the step motor in stages and sends the drive pulse of the minimum pulse width according to the load to the step motor, and after the drive pulse ends within one step of the rotor. A step motor for electronic watches that has a drive circuit that opens or connects both ends of the coil for a certain period of time, and then shorts both ends of the coil.
JP10800281A 1981-07-09 1981-07-09 Stepping motor for electronic watch Pending JPS589599A (en)

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