CN107872138B - 步进马达、旋转检测装置、及电子计时器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种步进马达、旋转检测装置、及电子计时器，步进马达(4)具有转子(48)、和定子(147)，在将与第一方向(右)及第二方向(左)正交的方向设为第三方向(下)时，在从第三方向(下)朝向第二方向(左)旋转了预定的第一角度(θB)的位置，在定子(147)的外周形成第一凹部(20)，在从第二方向(左)朝向第三方向(下)旋转了预定的第二角度(θA)的位置形成有定位转子(48)的稳定静止位置的第二凹部(21)。

Description

步进马达、旋转检测装置、及电子计时器

技术领域

本发明涉及一种步进马达、旋转检测装置、及电子计时器。

背景技术

在步进马达中，转子需要在各步中可靠地进行旋转。因此，在步进马达的驱动控制中，进行转子是否已旋转的判定(转子的旋转检测)。作为其中的一种方法，已知一种检测线圈上产生的反电动势(反向电压)的方法。具体而言，在施加了用于使转子旋转的驱动脉冲后，检测因转子以预定的步进角停止时的阻尼产生的反电动势。由此，在判定为转子没有旋转的情况下，进一步施加校正脉冲而使转子旋转。

但是，“阻尼”转子是一种将转子的动能转换为焦耳热的动作，从某种意义上来说，也是对电力的一种白白消耗。于是，已知一种降低步进角附近的转子的速度，降低阻尼引起的能量损失的技术。例如，在作为日本专利文献的特开平9-266697号公报的摘要的解决方案中描述有：“对供给到步进马达的驱动脉冲进行斩波控制，将驱动脉冲的初始及末期的占空比设定为比中期的占空比低。由此，能够以使驱动脉冲内的有效电力的分布在初始及末期较低，在中期较高的方式设定，能够使步进马达产生与步进马达的齿槽转矩相匹配的转矩。因此，节省了驱动脉冲初始及末期所浪费的耗电量，使转子以低速旋转，故而，能够降低为了驱动步进马达而消耗的电力。”。

但是，线圈上产生的反电动势的电平与转子的转速成正比。如上所述，若使步进角附近的转子的速度降低，则会产生步进角附近的反电动势的电平下降，旋转检测的精度降低这一问题。

作为在抑制转子的速度的同时实现正确的旋转检测的技术，例如，如下述专利文献2那样，已知一种利用定子的铁芯上产生的磁饱和现象的技术。即，若磁铁所产生的磁通与线圈所产生的磁通处于相互增强的关系，则铁芯的磁饱和的影响变大，因此，线圈的电感降低。另一方面，若磁铁所产生的磁通与线圈所产生的磁通处于相互减弱的关系，则磁饱和的影响会变小，因此，线圈的电感变高。例如，在作为日本专利文献的特公昭61-15380号公报中公开有一种通过对线圈施加检测脉冲，测定流过线圈的电流波形，判别旋转成功/不成功的技术。

但是，在作为日本的专利文献的日本特公昭61-15380号公报的图11中，记载为检测脉冲的脉冲宽度为1.0[msec]。实际上，在专利文献2的结构中，认为为了检测旋转，此种程度的脉冲宽度是必需的，耗电量必然很大。这样，原本就忽略了为了抑制耗电量而抑制了转子的转速这一问题。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种步进马达、旋转检测装置、及电子计时器，能够在抑制耗电量的同时实现转子的正确的旋转检测。

为了解决上述课题，本发明提供一种步进马达，其特征在于，所述步进马达具备：转子；以及定子，其具有：收容上述转子的孔部、从上述孔部向第一方向延伸的第一侧轭、从上述孔部向作为上述第一方向的相反方向的第二方向延伸的第二侧轭、和与上述第一侧轭或上述第二侧轭磁耦合的一个或多个线圈，在将与上述第一方向及上述第二方向正交的方向设为第三方向时，在从上述第三方向朝向上述第二方向旋转了预定的第一角度的位置，在上述定子的外周形成第一凹部，在从上述第二方向朝向上述第三方向旋转了预定的第二角度的位置形成有第二凹部，该第二凹部定位上述转子的稳定静止位置。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的电子计时器的示意结构图。

图2是微型计算机的示意框图。

图3是步进马达的俯视图。

图4是驱动电路的电路图。

图5A是驱动电路的第一驱动阶段的动作说明图。

图5B是第二驱动阶段及充电阶段的动作说明图。

图5C是第三驱动阶段的动作说明图。

图5D是电流检测阶段的动作说明图。

图6A是旋转成功时的线圈电压的波形图。

图6B是旋转成功时的线圈电流的波形图。

图6C是旋转成功时的步进马达的俯视图。

图7A是旋转不成功时的线圈电压的波形图。

图7B是旋转不成功时的线圈电流的波形图。

图7C是旋转不成功时的步进马达的俯视图。

图8A是比较例1的步进马达的俯视图。

图8B是比较例2的步进马达的俯视图。

图8C是比较例3的步进马达的俯视图。

图8D是比较例4的步进马达的俯视图。

图9A是比较例1的测定电压的特性图。

图9B是比较例2的测定电压的特性图。

图9C是比较例3的测定电压的特性图。

图9D是比较例4的测定电压的特性图。

图9E是本实施方式的测定电压的特性图。

图10是一实施方式的变形例的步进马达的俯视图。

具体实施方式

[实施方式的结构]

(整体结构)

以下，参照各图详细地对用于实施本发明的方式进行说明。

图1是本发明的一实施方式的电子计时器1的示意结构图。

本实施方式的模拟式电子计时器1能够用独立的马达分别驱动四根指针2a～2d(显示部)，没有特别限定，例如是具备用于戴在手腕上的表带的手表型电子计时器。该电子计时器1例如具有各指针2a～2d、和步进马达4a～4d(步进马达)，所述步进马达4a～4d经由齿轮系机构3a～3d(显示部)分别对各指针2a～2d进行旋转驱动。而且，电子计时器1具备：对步进马达4a～4d进行驱动的驱动电路5、微型计算机6、电源部7、和振子8。

以下，在不特别区分指针2a～2d时，仅记载为指针2。在不特别区分各齿轮系机构3a～3d时，仅记载为齿轮系机构3。在不特别区分各步进马达4a～4d时，仅记载为步进马达4。

另外，将包含步进马达4、驱动电路5、微型计算机6(控制部)、和振子8的部分称为“马达驱动装置10”。另外，由于微型计算机6、和驱动电路5还具有检测步进马达4是否正常旋转的功能，因此，将驱动电路5及微型计算机6称为“旋转检测装置11”。

驱动电路5具有驱动步进马达4的桥接电路，根据来自微型计算机6的指令，对步进马达4施加电压。微型计算机6为大规模集成电路(LSI：Large-Scale Integration)，包含CPU(Central Processing Unit：中央处理器)61、周边电路62、振荡电路611、分频电路612、和计时电路613(计时部)而构成。

各指针2a～2d旋转自由地设在表盘上的旋转轴上。齿轮系机构3a～3d分别使指针2a～2d旋转动作。驱动电路5基于从微型计算机6输入的控制信号，在合适的时点输出用于驱动步进马达4a～4d的驱动电压信号。该驱动电路5能够基于来自微型计算机6的设定信号调整并输出步进马达4的驱动电压或驱动电压脉冲宽度。驱动电路5能够对步进马达4向正转方向或反转方向输出驱动电压信号。

CPU61进行各种运算处理，对电子计时器1的整个动作进行总体控制。CPU61读出并执行控制程序，持续地在各部进行时刻显示的动作，并基于对操作部(未图示)的输入操作进行以实时或设定的时点所要求的动作。CPU61是设定指针2所移动的目标位置，并经由驱动电路5控制步进马达4的驱动的控制单元。

振荡电路611生成特定的频率信号并输出到分频电路612。作为振荡电路611，例如使用与水晶等振子8组合而振荡的电路。分频电路612将从振荡电路611输入的信号分频成CPU61或计时电路613所使用的各种频率的信号并输出。计时电路613计数从分频电路612输入的预定的频率信号的次数，是通过在初始时刻不断累加对当前时刻进行计数的计数器电路。通过计时电路613计数的当前时刻通过CPU61被读出并用于时刻显示。该时刻的计数也可以通过软件控制。

电源部7形成为能够使电子计时器1经过长时间持续且稳定地动作的结构，例如电池与DC-DC转换器的组合。由此，动作中的电源部7的输出电压保持预定值。

图2是作为LSI的微型计算机6的示意框图。微型计算机6具备：CPU61、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)63、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)64、OSC(Oscillator：振荡器)65、外围设备68、VRMX67、和DVR66。在ROM63中保持有各种控制程序和初始设定数据，未图示的各种控制程序在启动电子计时器1时，通过CPU61读出并持续地执行。

RAM64是SRAM和DRAM这样的易失性存储器，对CPU61提供工作用的存储空间。另外，在RAM64中可以预先临时存储基于对操作部的输入操作而设定的用户设定数据等。RAM64的一部分也可以是闪存或EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read OnlyMemory：电可擦除和可编程只读存储器)等非易失性存储器。OSC65生成特定的频率信号并供给到CPU61和外围设备68等，相当于图1的振荡电路611和振子8的组合。

DVR66为驱动对马达进行驱动的信号的电路。VRMX67是生成供给到该DVR66的电源的调节器。外围设备68包含马达控制部69，该马达控制部69具有阶段控制电路691、驱动脉冲生成电路692、充电脉冲生成电路693、VRMX控制电路694、A/D转换器695、和检测判定电路696。此外，这些阶段控制电路691、驱动脉冲生成电路692、充电脉冲生成电路693、VRMX控制电路694、A/D转换器695、检测判定电路696可以是单一的微型计算机内的马达控制部，也可以分别单独设有马达控制部，通过单一的微型计算机或多个微型计算机进行各动作。

阶段控制电路691对包含驱动脉冲的输出和充电脉冲的生成的一系列的阶段进行控制。驱动脉冲生成电路692对马达输出驱动脉冲，充电脉冲生成电路693对马达输出充电脉冲(详细内容如后所述)。VRMX控制电路694对VRMX67进行控制并生成预定的电源电压。A/D转换器695将驱动电路5的预定部位(详细内容如后所述)的模拟电压转换为数字信号。检测判定电路696基于该数字信号判定步进马达4是否旋转。

(步进马达4)

图3是步进马达4的俯视图。

步进马达4具有定子147和转子48。转子48形成为圆盘状并以在圆周方向上旋转自由的方式被支承，其径向上具有两极被磁化的磁铁。在转子48中，实施了阴影的部分构成N极48N，没有实施阴影的部分构成S极48S。转子48优选使用例如希土类磁铁等(例如，钐钴磁铁等)磁铁，但不限于此。

转子48以设在定子147上的未图示的轴为中心能够旋转地配置。此外，在本实施方式中，转子48通过对后述的线圈L1、L2施加驱动脉冲，能够使其以预定的步进角向逆时针方向和顺时针方向中的任一个方向旋转。此外，在本实施方式中，步进角为180度。优选的是，在将步进马达4应用于计时器等的情况下，在转子48中连结构成例如用于使计时器的指针2运动的齿轮系机构3的齿轮，通过转子48的旋转，使该齿轮等旋转。

定子147具有大致矩形的中心轭145、配置在其下方的侧轭146(第一侧轭)、和侧轭144(第二侧轭)。侧轭144、146以包围转子48的方式大致左右对称地设置。而且，在中心轭145的上端部与侧轭144、146之间插入有线圈L1(第一线圈)、L2(第二线圈)，线圈L1、L2经由端子台143与驱动电路5(参照图1)连接。

在定子147中，在中心轭145的下端与一对侧轭144、146的交点形成有大致圆形的孔部142，在该孔部142配置有转子48。在定子147中，在励磁状态下，沿转子48的外周，在中心轭145的附近、侧轭144的附近、侧轭146的附近出现三个磁极。通过对线圈L1、L2施加驱动脉冲，定子147的三个磁极切换其极性。另外，在侧轭144、146的连接部位，在孔部142的下方形成有圆弧状第一凹部20。

侧轭144、146的接合部分成为被孔部142与第一凹部20夹住的部分。若将该接合部分的厚度设为d，则厚度d最小的(或厚度d出现极小值)位置为引起磁饱和的磁饱和位置，从转子48的中心来看，形成在相对中心轭145的方向(图中的上下方向)逆时针倾斜角度θB的位置。将该角度θB称为“第一角度”，在本实施方式中设定为“10度”。

线圈L1的铁芯的一端与中心轭145磁连结，线圈L1的铁芯的另一端侧与侧轭146的自由端磁连结。另外，线圈L2的铁芯的一端侧与中心轭145磁连结，线圈L2的铁芯的另一端侧与侧轭144的自由端磁连结。

在本实施方式中，通过驱动脉冲生成电路692(参照图2)对线圈L1、L2施加驱动脉冲。由此，若从线圈L1、L2产生磁通，则该磁通沿线圈L1的磁芯及与其磁连结的定子147流动，可以恰当地切换三个磁极。

另外，在孔部142的内周面上形成有大致圆弧状的三个内部凹部21、22、23。但是，内部凹部22比其它内部凹部21、23浅一些。从转子48的中心来看，内部凹部21(第二凹部)形成在相对侧轭144、146的延伸方向(图中的左右方向)逆时针倾斜角度θA的位置。将该角度θA称为“第二角度”，在本实施方式中设定为“10度”。内部凹部22形成在相对内部凹部21的顺时针方向90度的位置，内部凹部23(第三凹部)形成在相对内部凹部21的顺时针方向180度的位置。通过这三个内部凹部21、22、23能够维持转子48的静止状态。

在本实施方式中，步进马达4在转子48的分极方向相对中心轭145的方向(图中的上下方向)在顺时针倾斜约80度及约260度的方向上对向的状态下，指数转矩(保持转矩)变得最大。因此，在没有施加驱动脉冲的非通电状态下，转子48在图3所示的停止位置或从该停止位置旋转180度的停止位置磁稳定地停止。另外，在线圈L1、L2的非通电状态下，以图3内的虚线箭头B的密度表示定子147的各部分上产生的磁通密度。

如图所示，在转子48停止状态下，从转子48产生的磁通的大部分经由侧轭146通过线圈L1，进而，经由中心轭145返回转子48。进而，磁通的一部分从侧轭144经由线圈L2返回转子48。

(驱动电路5)

图4是驱动电路5的电路图。

驱动电路5将驱动脉冲施加到两个线圈L1、L2上，并将充电脉冲施加到线圈L1上，其具有H桥接电路，所述H桥接电路由作为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)的开关元件Tr1～Tr6构成。另外，开关元件Tr7～Tr9及电阻R1构成对存储在线圈L1、L2中的能量进行放电的放电电路。在此，将流过线圈L1的电流称为线圈电流I1，将线圈L1的端子电压称为线圈电压V1。

通过电源部7(参照图1)对驱动电路5的电源端子与接地端子之间施加电源电压Vcc。而且，在电压端子与接地端子之间，开关元件Tr1、Tr2经由连接点O2串联连接，开关元件Tr3、Tr4经由连接点O1串联连接，开关元件Tr5、Tr6经由连接点O3串联连接。电阻R1的一端与接地端子连接，在连接点O2与电阻R1的另一端之间连接开关元件Tr7，在连接点O1与电阻R1的另一端之间连接开关元件Tr8，在连接点O3与电阻R1的另一端之间连接有开关元件Tr9。另外，在连接点O2、O1之间连接步进马达4的线圈L1，在连接点O3、O1之间连接有线圈L2。

[实施方式的动作]

(各阶段的动作)

接下来，参照图5，对本实施方式的动作进行说明。在此，图5A～图5C是驱动电路5的第一驱动阶段、第二驱动阶段及充电阶段、第三驱动阶段、以及电流检测阶段的动作说明图。此外，图5C所示的第三驱动阶段应用于使步进马达4反转的情况。

图5A～图5D表示在从某步进角至下一步进角，转子48旋转180度的期间内流过驱动电路5的电流。在这些图中，开关元件Tr1～Tr9的符号作为一对端子表示。而且，处于导通状态的开关元件通过该一对端子的带状态表示，处于断开状态的开关元件通过该一对端子的打开状态表示。

在转子48正转180度的期间内依次执行第一驱动阶段、第二驱动阶段、充电阶段及电流检测阶段。

首先，在第一驱动阶段，驱动脉冲生成电路692如图5A所示，将开关元件Tr3、Tr6设为导通状态，将其它开关元件设为断开状态。这样，沿通过开关元件Tr3、Tr6的路径，使电流流过线圈L2，在通常的状态下，驱动转子48旋转约90度。顺便说一下，这样，通过将开关元件Tr3、及Tr6以外的开关元件设为断开状态，线圈L1形成为高阻抗状态。

在接下来的第二驱动阶段中，驱动脉冲生成电路692如图5B所示，将开关元件Tr1、Tr4设为导通状态，将其它开关元件设为断开状态。这样，使电流沿通过开关元件Tr1、Tr4的路径流过线圈L1，在通常的状态下，进而驱动转子48旋转约90度(共180度)。顺便说一下，这样，通过将开关元件Tr1、及Tr4以外的开关元件设为断开状态，线圈L2形成为高阻抗状态。

在使步进马达4正转的情况下，不适用第三驱动阶段，下一阶段成为充电阶段。充电脉冲生成电路693再次如图5B所示，在短时间内将开关元件Tr1、Tr4设为导通状态，将其它开关元件设为断开状态。顺便说一下，这样，通过使开关元件Tr1、及Tr4以外的开关元件设为断开状态，线圈L2形成为高阻抗状态。

在以预定的脉冲周期、例如32pps(pulse per second：秒脉冲数)驱动步进马达4时，正转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.5毫秒。与此相对，优选的是，充电阶段的充电脉冲宽度设在0.01毫秒以上、0.25毫秒以下的范围内，更优选设在0.05毫秒以上、0.1毫秒以下的范围内。另外，在与第一驱动阶段的脉冲的宽度(时刻t1～t2)的相对关系中，充电脉冲的宽度优选设在驱动脉冲的宽度的1/2～1/500的范围内，更优选设在1/20～1/50的范围内。这些数值的意义在于，是因为，若充电脉冲过短，则旋转检测的精度变差，若过长，则转子48会移动。

如上所述，由于充电脉冲宽度为短时间，因此，不驱动转子48，而对线圈L1充入磁能。如图5A所示，在本实施方式中，其一个特征在于，在充电阶段中，从电流的路径断开电阻R1。由此，能够将从电源部7(参照图1)供给的能量的大部分作为磁能存储在线圈L1中，能够快速地对线圈L1进行充电。

在下一电流检测阶段中，充电脉冲生成电路693如图5D所示，将开关元件Tr2、Tr8设为导通状态，将其它开关元件设为断开状态。顺便说一下，这样，通过开关元件Tr2、及Tr8以外的开关元件设为断开状态，将线圈L2设为高阻抗状态，针对转子48的旋转是否成功的判定，设为更合适的状态。

这样，充入线圈L1的磁能，经由线圈L1、开关元件Tr8、电阻R1、开关元件Tr2流过电流，在电阻R1上产生与电流值成正比的端子电压。将电阻R1的端子电压称为测定电压VR。测定电压VR通过图2所示的A/D转换器695被转换为数字信号。在检测判定电路696中，基于测定电压VR，判定转子48的旋转是否成功了。此外，在旋转不成功的情况下，施加与第一及第二驱动阶段相同的校正脉冲，使转子48旋转。在图5A、5B、5D所示的动作完成后，在转子48旋转剩余的180度期间内，驱动脉冲生成电路692及充电脉冲生成电路693对线圈L1、L2供给与图5A、5B、5D所示的朝向相反方向的电流。

另外，在使步进马达4以预定的脉冲周期、例如32pps反转的情况下，在第二驱动阶段和充电阶段后，插入图5C所示的第三驱动阶段。在第三驱动阶段中，驱动脉冲生成电路692将开关元件Tr1、Tr4，Tr5设为导通状态，将其它开关元件设为断开状态。这样，使电流流过线圈L1、L2两者，由此，驱动转子48向反转方向旋转。另外，反转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.5毫秒，第三驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒。

无论是正转还是反转，都将驱动转子48旋转180度的状态称为“旋转成功”。但是，若在驱动脉冲输入时对电子计时器1施加振动或撞击，则转子48往往不会充分旋转。在该情况下，转子48朝向磁稳定地停止的位置，并将其处于旋转前的位置(0度)的状态称为“旋转不成功”。

(旋转成功时的动作)

接下来，参照图6A～图6C，对旋转成功时的动作进行说明。

图6A是通过驱动电路5对线圈L1施加的线圈电压V1的波形图。时刻t1～t2包含在第一驱动阶段内，在时刻t1～t2的期间中，驱动电路5将驱动脉冲P1施加在线圈L1上。此外，关于在其后的第二驱动阶段中对线圈L2施加的电压，省略图示。在第二驱动阶段结束后，若阶段转移到充电阶段，则在时刻t3～t4的期间内，驱动电路5将充电脉冲P2施加到线圈L1。

图6B是旋转成功时的线圈电流I1的波形图。在旋转成功的情况下，在时刻t3～t4的充电阶段中，线圈电流I1的提升缓慢，在时刻t4开始电流检测阶段时，线圈电流I1的峰值不会达到预定的阈值Ith。以下，对在时刻t3以后线圈电流I1的提升缓慢的理由进行说明。

图6C是旋转成功时的步进马达4的俯视图。

最初，转子48静止在图3所示的位置。若旋转成功，如图6C所示，转子48静止在旋转180度后的位置。在该状态下，沿线圈L1的左端成为N极的方向对线圈L1施加充电脉冲P2。在图6C中，用实线表示通过线圈L1产生的磁通B1，用虚线表示通过转子48产生的磁通B2。定子147在第一凹部20的周边及内部凹部23的周边变窄，在这些部位，磁通B1、B2处于相互减弱的关系。因此，在定子147中，磁饱和的影响变小，线圈L1的电感比较高。由此，如图6B所示，电流检测阶段(时刻t4以后)中线圈电流I1的峰值低于阈值Ith。

(旋转不成功时的动作)

接下来，参照图7A～图7C，对旋转不成功时的动作进行说明。

图7A是通过驱动电路5施加给线圈L1的线圈电压V1的波形图，与图6A所示的波形相同。

图7B是旋转不成功时的线圈电流I1的波形图。在旋转不成功的情况下，在时刻t3～t4的充电阶段中，线圈电流I1的提升快，在时刻t4开始电流检测阶段时，线圈电流I1的峰值超过阈值Ith。以下，对在时刻t3以后线圈电流I1的提升变快的理由进行说明。

图7C是旋转不成功时的步进马达4的俯视图。

最初，转子48静止在图3所示的位置。若旋转不成功，则如图7C所示，转子48返回图3所示的位置。在对线圈L1施加充电脉冲P2时，在图6C中用实线表示由线圈L1产生的磁通B1，用虚线表示由转子48产生的磁通B2。定子147在第一凹部20的周边及内部凹部23的周边较窄，在这些部位中，磁通B1、B2处于相互增强的关系。因此，在定子147中，磁饱和的影响变大，线圈L1的电感变得比较低。由此，如图6B所示，电流检测阶段(时刻t4以后)中线圈电流I1的峰值超过阈值Ith。

这样，根据线圈电流I1的峰值是否超过了阈值Ith，能够判别旋转成功/不成功。实际上，上述的检测判定电路696基于作为电阻R1的端子电压的测定电压VR(＝R×I1)的峰值是否超过了阈值电压Vth(＝R×Ith)，判别旋转成功/不成功。

[比较例]

接下来，为了明确本实施方式的效果，对本实施方式的比较例进行说明。

图8A～图8D是比较例1～4的步进马达的俯视图。这些步进马达与一实施方式的步进马达4(参照图3)相比，第二角度θA及/或第一角度θB不同。

另外，图9A～图9D是表示比较例1～4的图，图9E是表示本实施方式的测定电压VR的特性的图。在图9A～图9E中，均表示两个阈值电压Vth1、Vth2。这两个阈值表示阈值电压Vth因零件的制造误差或环境温度等而变动的范围的最大值及最小值。

另外，作为测定电压VR，表示成功时的测定电压Vs、和不成功时的测定电压Vf。为了在各种环境中正确地检测旋转成功/不成功，优选具有如下关系：“在不成功时测定电压Vf比阈值电压Vth1高，在成功时测定电压Vs比阈值电压Vth1、Vth2低。

(比较例1)

如图8A所示，比较例1的步进马达的第二角度θA及第一角度θB为0度，并具有左右对称的形状。由此，在停止状态下，转子48的磁通均匀地通过线圈L1、L2。在以32pps驱动比较例1的步进马达时，正转、反转的第一驱动阶段的脉冲宽度均为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度均为2.5毫秒。而且，正转、反转均不需要第三驱动阶段。这样，如单纯仅考虑“进行驱动”，则比较例1在正转、反转的脉冲宽度均较短，在能够抑制耗电量这一点上有利。

但是，在比较例1中，有时难以根据零件的制造误差或环境温度等正确地检测旋转成功/不成功。比较例1中阈值电压Vth1、Vth2、成功时的测定电压Vs、和不成功时的测定电压Vf的关系如图9A所示。如图所示，由于不成功时的测定电压Vf比阈值电压Vth1低，因此，有时不能正确地检测旋转成功/不成功。

此外，电压Vs、Vf的特性通过使电阻R1(参照图4)的电阻值变化，在图中能够在上下方向上位移。但是，若以在不成功时的测定电压Vf超过阈值电压Vth1的方式转换电压Vs、Vf，则在成功时的测定电压Vs会超过阈值电压Vth2，因此，会产生仍不能检测旋转成功/不成功的情况。

(比较例2)

如图8B所示，比较例2的步进马达的第二角度θA为15度，第一角度θB为0度。因此，从转子48产生的磁通比线圈L2更多地流过线圈L1。在以32pps驱动比较例2的步进马达时，正转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.5毫秒，不需要第三驱动阶段。另外，反转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.5毫秒，第三驱动阶段的脉冲宽度为0.75毫秒。由于以反转驱动步进马达的频率比以正转驱动的频率少，因此，比较例2能够实现大致与比较例1相等的耗电量。

但是，在比较例2中也存在仍不能正确地检测旋转成功/不成功的情况。比较例2中的阈值电压Vth1、Vth2与电压Vs、Vf的关系如图9B所示。如图所示，由于不成功时的测定电压Vf比阈值电压Vth1低，因此，有时不能正确地检测旋转成功/不成功。

(比较例3)

如图8C所示，比较例3的步进马达的第二角度θA为0度，第一角度θB为15度。因此，从转子48产生的磁通比线圈L2更多地流过线圈L1。在以32pps驱动比较例3的步进马达时，正转时、反转时的第一至第三驱动阶段的脉冲宽度与上述的比较例2相同，比较例3能够实现大致与比较例1相等的耗电量。

但是，在比较例3中也仍然存在难以正确地检测旋转成功/不成功的情况。比较例3中的阈值电压Vth1、Vth2与电压Vs、Vf的关系如图9C所示。如图所示，由于不成功时的测定电压Vf比阈值电压Vth1不够高，因此，有时不能够正确地检测旋转成功/不成功。

(比较例4)

在此，为了进一步明确本实施方式与比较例4的差，对以200pps驱动比较例4的步进马达的情况进行示例。

如图8D所示，比较例4的步进马达的第二角度θA为15度，第一角度θB为15度。因此，从转子48产生的磁通大部分流过线圈L1，几乎不会流过线圈L2。在以200pps驱动比较例4的步进马达时，正转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.5毫秒，不需要第三驱动阶段。另外，反转时的第一驱动阶段的脉冲宽度为0.5毫秒，第二驱动阶段的脉冲宽度为2.0毫秒，第三驱动阶段的脉冲宽度为1.5毫秒。由于以反转驱动步进马达的频率比以正转驱动的频率少，因此，比较例4能够实现大致与比较例1相等的耗电量。

比较例4中的阈值电压Vth1、Vth2与电压Vs、Vf的关系如图9D所示。在比较例4中，不成功时的测定电压Vf比阈值电压Vth1充分高，成功时的测定电压Vs比阈值电压Vth2充分低。因此，根据比较例4，能够正确地检测旋转成功/不成功。

但是，比较例4有时会产生不得不放慢反转时的转速的情况。在以200pps使步进马达旋转的情况下，第一至第三驱动阶段的脉冲宽度的合计时间理论上不能超过5毫秒。在比较例4的反转时，第一至第三驱动阶段的脉冲宽度总共为4毫秒(0.5+2.0+1.5)，相对理论上的最大值(5毫秒)有1毫秒的差。但是，微型计算机6为民生用品用的低耗电量型的情况下，有时难以在该1毫秒的期间内进行其它多种处理。即，根据各种条件，反转时的转速不得不比200pps慢。而且，比较例4的步进马达在反转时的第三驱动阶段中的耗电量比本实施方式的步进马达增加2倍以上。

[实施方式的效果]

如上所述，本实施方式中的步进马达4的特征在于，具备：转子(48)、和定子(147)，所述定子(147)具有：收容转子(48)的孔部(142)、从孔部(142)向第一方向(右)延伸的第一侧轭(146)、从孔部(142)向作为第一方向(右)的相反方向的第二方向(左)延伸的第二侧轭(144)、和与第一侧轭(146)或第二侧轭(144)磁耦合的一个或多个线圈，在将与第一方向(右)及第二方向(左)正交的方向设为第三方向(下)时，以在从第三方向(下)朝向第二方向(左)旋转比零大的预定的第一角度(θB)的位置形成磁饱和位置的方式，在定子(147)的外周形成第一凹部(20)，在从第二方向(左)朝向第三方向(下)旋转比零大的预定的第二角度(θA)的位置形成了定位转子(48)的稳定静止位置的第二凹部(21)。

另外，定子(147)还具有从孔部(142)向作为第三方向(下)的相反方向的第四方向(上)延伸的中心轭(145)，一个或多个线圈包含插入中心轭(145)与第一侧轭(146)之间的第一线圈(L1)、和插入中心轭(145)与第二侧轭(144)之间的第二线圈(L2)，在相对于定子(147)夹持转子(48)与第二凹部(21)对向的位置形成了与第二凹部(21)一起定位转子(48)的稳定静止位置的第三凹部(23)。

而且，第一角度(θB)是6度～14度的范围内的角度，第二角度(θA)是6度～14度的范围内的角度。

根据该特征，如图9E所示，能够使不成功时的测定电压Vf比阈值电压Vth1充分高，使成功时的测定电压Vs比阈值电压Vth2充分低，能够正确地检测旋转成功/不成功。另外，在以32pps反转步进马达4时，第一至第三驱动阶段的脉冲宽度的总时间为3毫秒(0.5+2.0+0.5)，相对理论上的最大值(31.25毫秒)能够确保28.25毫秒的差。由此，能够有余量执行其它多种处理。

[变形例]

本发明不限于上述的实施方式，能够进行多种变形。上述的实施方式是为了便于说明本发明而示例的，不一定限定为具备所说明的全部结构。另外，可以将某实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构，另外，也可以在某实施方式的结构上增加其它实施方式的结构。另外，可以消除各实施方式的结构的一部分，或者也可以追加或置换成其它结构。对上述实施方式可能进行的变形，例如有如下方式。

(1)在上述实施方式中，步进马达4及微型计算机6以作为搭载在电子计时器1上的装置进行了说明，也可以应用在电子计时器1以外的各种装置上。

(2)在上述实施方式中，第二角度θA及第一角度θB均为10度，但角度θA、θB不限于10度。即，在角度θA、θB为6度～14度的范围时，起到与上述实施方式相同的效果。另外，若角度θA、θB超过6度～14度的范围，则例如上述的比较例4那样，有时也会产生如不得不使反转时的转速变慢那样的不良现象。但是，若这样的不利点没有妨碍，则也可以使用角度θA、θB超过6度～14度的范围的方式。

(3)在上述实施方式中，如图6A所示，以驱动脉冲P1的极性与充电脉冲P2的极性相同的例进行了说明，但两者的极性也可以相反。由于一般步进马达的旋转成功的概率比不成功的概率高，因此，在上述实施方式中，以旋转成功时的线圈电流I1(参照图6B)比旋转不成功时的线圈电流I1(参照图7B)小的方式选择充电脉冲P2的极性。但是，根据定子147的结构，也能够产生使脉冲P1、P2的极性相反更能减小旋转成功时的线圈电流I1的情况。

(4)上述实施方式也可以应用于下落撞击或静电等引起的针偏离的感应。

即，若在进行了旋转检测后，至接下来供给驱动脉冲的期间进行多次同样的旋转检测，则能够判定针是否发生了偏离。若识别到针发生了偏离，则能够通过检测针位置并使其返回正常的位置来修正针偏离。例如，在进行了旋转检测后，在至接下来供给驱动脉冲的期间进行多次同样的旋转检测，即使在判定为转子48的旋转一次也不成功的情况下，也可以识别到针的偏离，以输出用于修正针位置的脉冲波。由此，能够搭载以往不能搭载的重量和不平衡力矩较大的秒针、分针、时针。

(5)上述实施方式在流检测阶段的时点中，多次进行同样的旋转检测，即使在转子48的旋转不成功的检测次数为一次的情况下，也可以判定为转子48的旋转不成功。由此，能够降低因进行旋转检测的时点引起的误判定概率。

另外，在上述多次的检测中，也可以在进行了特定次数的检测后，在该特定次的下一次检测前的时点对充电阶段的充电脉冲加入逆极性的脉冲。由此，能够减轻对为了检测上述特定次而充入的磁能的残存磁能所涉及到的上述特定次的下一次检测的影响。

(6)上述实施方式在上述电流检测阶段的时点进行的旋转检测前也可以进行检测线圈上产生的反电动势(反向电压)的方法的旋转检测。即，也可以在进行了检测线圈上产生的反电动势(反向电压)的方法的旋转检测后，进行一次以上在上述电流检测阶段的时点进行的旋转检测。由此，减轻了各检测方法的检测特性所产生的影响，能够更可靠地进行旋转检测。

(7)另外，步进马达4也可以如图10所示的那样进行变形。图10所示的步进马达的形状与比较例1的形状(参照图8A)大致相同。但是，在线圈L1与转子48之间的部位，在侧轭146上形成有大致圆弧状的凹部26。在本变形例中，用虚线表示由转子48产生的磁通。该磁通的路径的形状与在上述实施方式中由转子48产生的磁通B2的路径的形状(参照图7C)近似。这样，侧轭144、146的形状也可以以偏离一方的饱和位置的方式变形。

Claims (9)

1.一种旋转检测装置，其特征在于，具备：

转子；

定子，其具有：收容上述转子的孔部、从上述孔部向第一方向延伸的第一侧轭、从上述孔部向作为上述第一方向的相反方向的第二方向延伸的第二侧轭、和与上述第一侧轭或上述第二侧轭磁耦合的一个或多个线圈；以及

马达控制部，其检测流过上述线圈的电流的值，并对上述转子是否已旋转进行判定，

在将与上述第一方向及上述第二方向正交的方向设为第三方向时，在从上述第三方向朝向上述第二方向旋转了预定的第一角度的位置，在上述定子的外周形成第一凹部，

在从上述第二方向朝向上述第三方向旋转了预定的第二角度的位置形成有第二凹部，该第二凹部定位上述转子的稳定静止位置，

上述马达控制部输出充电脉冲，

上述充电脉冲用于检测根据上述转子旋转的情况和上述转子没有旋转的情况的上述转子的停止角度而变化的流过上述线圈的电流的值，充电脉冲宽度设置成在不驱动转子的同时对线圈充入磁能，

对输出上述充电脉冲后的流过上述线圈的电流的值进行检测，

根据所检测到的流过上述线圈的电流的值，对上述转子是否已旋转进行判定，

其中，所述第一凹部和所述第二凹部设置成，在对线圈施加充电脉冲时：当转子静止在旋转180度后的位置时，由线圈和转子在第一凹部和第二凹部的周边产生的磁通处于相互减弱的关系；当转子旋转0度时，由线圈和转子在第一凹部和第二凹部的周边产生的磁通处于相互增强的关系。

2.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，形成有上述第一凹部的位置作为磁饱和位置而发挥作用。

3.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，上述定子还具有中心轭，该中心轭从上述孔部向作为上述第三方向的相反方向的第四方向延伸，

一个或多个上述线圈包含：第一线圈，其插入上述中心轭与上述第一侧轭之间；以及第二线圈，其插入上述中心轭与上述第二侧轭之间。

4.根据权利要求3所述的旋转检测装置，其特征在于，在上述第二侧轭面对上述转子形成有上述第二凹部，

在上述第一侧轭形成有第三凹部，该第三凹部与上述第二凹部一起定位上述转子的稳定静止位置。

5.根据权利要求4所述的旋转检测装置，其特征在于，在上述第二凹部与上述第三凹部之间配置有上述转子。

6.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，上述第一角度与上述第二角度为大致相同的角度。

7.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，上述第一角度为6度～14度的范围内的角度，

上述第二角度为6度～14度的范围内的角度。

8.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，

上述马达控制部通过比较与上述充电脉冲相同极性的阈值和所检测到的流过上述线圈的电流的值，而对上述转子是否已旋转进行判定，

在所检测到的流过上述线圈的电流的值超过上述阈值的情况下，判定为上述转子没有旋转，在所检测到的流过上述线圈的电流的值没有超过上述阈值的情况下，判定为上述转子已旋转。

9.一种电子计时器，其特征在于，具备：

权利要求1～8中任一项所述的旋转检测装置；

指针；

计时部，其对时刻进行计时；以及

控制部，其驱动控制上述旋转检测装置的步进马达，并使上述指针指示上述计时部所计时的上述时刻。

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