CN112385135A - 步进电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制消耗电力且使步进电动机可靠地旋转的步进电动机驱动装置。步进电动机驱动装置包含：步进电动机(20)，其具有转子(22)、定子和线圈(21)；向所述线圈输出测定驱动信号的驱动电路(7)；相位检测电路(42)，其检测在输出所述测定驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，并基于检测出的所述反电动势电流判断所述转子的相位是否为预期的相位；控制部(43)，在所述相位为预期的相位的情况下，通过令所述驱动电路输出使所述转子旋转一步的第一驱动信号的第一驱动方式来进行控制，在所述相位与所述预期的相位不同的情况下，通过与所述第一驱动方式不同的第二驱动方式，进行控制以限制所述转子的旋转。

Description

步进电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及步进电动机驱动装置。

背景技术

例如，在具备模拟显示单元的电子表中，步进电动机驱动其指针。在具有一个线圈且转子一步旋转半圈的步进电动机中，未向线圈通电时转子的磁极稳定的位置与向线圈通电时磁极稳定的位置偏离。这是为了仅向线圈施加一个脉冲来使转子可靠地正转。在使转子反转时，将使转子稍微向正方向旋转的第一脉冲施加到线圈，然后，通过将反方向的电位的第二脉冲施加到线圈，利用反作用力使转子向反方向旋转。另外，进一步将与第一脉冲相同的极性的第三脉冲施加到线圈，以更可靠地将转子稳定在期望的位置。

在专利文献1中公开了在使步进电动机反转时，将排斥脉冲G1、吸引脉冲G2、排斥脉冲G3依次施加到线圈。排斥脉冲G1使转子向正转方向旋转，吸引脉冲G2使转子向反转方向旋转而将其拉回，排斥脉冲G3促使向反转方向旋转的转子的旋转。专利文献2中公开了在使步进电动机正转时，在施加驱动脉冲后，施加摆动脉冲，使转子摆动，基于转子的摆动所产生的电压来检测转子的旋转、非旋转，另外，在非旋转的情况下施加校正驱动脉冲。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-3877号公报。

专利文献2：日本特开昭63-73181号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

发明人等正在研究为了减少使步进电动机反转时的消耗电力，尽可能不输出第三脉冲。另一方面，由于碰撞等外部原因，转子的位置有时从原来的状态偏离半圈。在这种情况下，如果仅输出第一脉冲及第二脉冲，则转子会正转，即使在以后的步骤中，转子也会正转。在这样的情况中，校正非常困难，因此不能够减少第三脉冲的输出。

本发明是鉴于上述问题而开发的，其目的在于，提供一种能够抑制消耗电力，并且使步进电动机可靠地反转的步进电动机驱动装置。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的步进电动机驱动装置采用下述记载的结构。

(1)一种步进电动机驱动装置，其包含：步进电动机，其具有两极以上被磁化了的转子、向所述转子传递磁力的定子以及向所述定子产生磁力的线圈；驱动电路，其向所述线圈输出测定驱动信号；相位检测电路，其检测在输出所述测定驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，并基于检测出的所述反电动势电流判断所述转子的相位是否为预期的相位；和控制部，其在所述相位为预期的相位的情况下，通过令所述驱动电路输出使所述转子旋转一步的第一驱动信号的第一驱动方式来进行控制，在所述相位与所述预期的相位不同的情况下，通过与所述第一驱动方式不同的第二驱动方式，进行控制以限制所述转子的旋转。

(2)在(1)中，所述控制部在所述相位为预期的相位的情况下，通过令所述驱动电路输出使所述转子反转一步的第一驱动信号的第一驱动方式来进行控制。

(3)在(1)或(2)中，在所述第一驱动方式中，所述驱动电路输出包含以下信号的第一驱动信号，即：使所述线圈产生第一极性的磁力的第一部分信号；和在所述第一部分信号之后使所述线圈产生与所述第一极性相反的第二极性的磁力的第二部分信号。

(4)在(1)～(3)的任一项中，在所述第二驱动方式中，所述驱动电路输出包含以下信号的第二驱动信号，即：使所述线圈产生所述第一极性的磁力的第一部分信号；在所述第一部分信号之后使所述线圈产生所述第二极性的磁力的第二部分信号；和在所述第二部分信号之后使所述线圈产生所述第一极性的磁力的第三部分信号。

(5)在(3)中，在所述第二驱动方式中，所述驱动电路不输出驱动信号。

(6)在(3)～(5)的任一项中，在所述第一驱动方式中，所述驱动电路不输出所述第一部分信号，而输出所述第二部分信号。

(7)在(3)～(6)的任一项中，所述控制部还包含等级确定部，其检测在输出所述第一驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，基于检测出的所述反电动势电流，判断所述转子的旋转力，并基于判断出的所述旋转力来变更表示所述驱动电路所输出的所述第一驱动信号的强度的等级。

(8)在(7)中，在所述等级为规定的等级的情况下，所述驱动电路作为所述测定驱动信号输出使所述线圈产生所述第一极性的磁力的信号，并且作为所述第一驱动信号输出所述第二部分信号，在所述等级与比所述规定的等级强的信号对应的情况下，所述驱动电路作为所述第一驱动信号输出所述第一部分信号和所述第二部分信号。

(9)在(7)或(8)中，所述等级确定部在输出所述第一驱动信号后，基于检测出超过阈值的信号的期间是否比规定的期间短，来变更所述等级，所述等级确定部在从输出所述第一驱动信号起直到检测出超过所述阈值的反电动势电流的期间，检测出与该反电动势电流不同的极性的反电动势电流的情况下，将所述等级变更为与更弱的信号对应的等级。

(10)在(7)～(9)的任一项中，所述等级确定电路检测在输出所述第一驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，并基于检测出的所述反电动势电流，判断所述转子是否进行规定的旋转，所述驱动电路在判断出所述转子没有进行规定的旋转的情况下，输出与所述第一驱动信号相比使所述转子更强地旋转的校正驱动信号。

(11)在(1)～(10)的任一项中，所述驱动电路在所述测定驱动信号之后，基于包含多个断续的第一部分脉冲的相位检测脉冲，将检测反电动势电流的电路与所述线圈连接，在输出所述第一驱动信号之后，基于包含多个断续的第二部分脉冲的旋转检测信号，将检测反电动势电流的电路与所述线圈连接，所述第一部分脉冲的输出间隔比所述第二部分脉冲小，或者所述第一部分脉冲各自的施加期间比所述第二部分脉冲大。

发明效果

根据本发明，能够抑制消耗电力，并且使步进电动机可靠地反转。

附图说明

图1是表示第一实施方式的电子表的一例的俯视图。

图2是表示第一实施方式的电子表的电路结构的框图。

图3是说明同相时的转子的旋转的图。

图4是表示反相时的转子的动作的图。

图5是第一实施方式的反旋转的处理的流程图。

图6是表示在反旋转一步时输出的脉冲的一例的波形图。

图7是表示在同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。

图8是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。

图9是表示同相且非旋转时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。

图10是表示没有进行反相检测且反相时的转子的状态的图。

图11是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。

图12是表示同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。

图13是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。

图14是表示同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。

图15是第二实施方式的反旋转的处理的流程图。

图16是表示在反旋转时输出的脉冲的一例的波形图。

图17是检测出前兆波形时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。

图18是表示产生异常旋转时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。

图19是表示随着与电池的电压变动对应的驱动等级的变化的动作的一例的波形图。

图20是表示第二实施方式的电子表的电路结构的框图。

具体实施方式

以下，与附图一起对本发明的实施方式进行详情描述。以下，对在携带型的电子表1中应用了本发明的情况进行说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的电子表1的一例的俯视图，图2是概略地表示电子表1的电路结构的图。电子表1是模拟显示方式的电子表。电子表1包含表盘51、时针52a、分针52b、秒针52c、电动机控制部2、电源3、步进电动机20、未图示的轮组。步进电动机20具有一个线圈21和转子22。步进电动机20与轮组机械地连接。电源3例如包含二次电池。

电动机控制部2包含振荡电路11、分频电路12、通常驱动脉冲生成电路31、测定驱动脉冲生成电路32、相位检测脉冲生成电路33、追加脉冲生成电路34、校正驱动脉冲生成电路35、旋转检测脉冲生成电路36、选择器6、驱动电路7、旋转检测电路41、相位检测电路42、驱动方式切换电路43。电动机控制部2例如作为包含微型控制器的集成电路而被安装。

振荡电路11通过晶振(未图示)输出规定的时钟信号。时钟信号被输入到分频电路12。分频电路12将时钟信号进行分频，被分频电路12分频的时钟信号输入到通常驱动脉冲生成电路31、测定驱动脉冲生成电路32、相位检测脉冲生成电路33、追加脉冲生成电路34、校正驱动脉冲生成电路35、旋转检测脉冲生成电路36。

测定驱动脉冲生成电路32在开始步进电动机20的反转驱动时，对转子22生成用于使线圈21产生规定的方向(极性)的磁场的测定驱动脉冲G。相位检测脉冲生成电路33生成用于检测由输出测定驱动信号后的转子22的动作所产生的反电动势电流的相位检测脉冲GP。假如在电动机控制部2假定的相位与转子22的相位相同的情况下，通常驱动脉冲生成电路31生成用于将步进电动机20向反转方向驱动的驱动脉冲SP并输出。旋转检测脉冲生成电路36生成用于检测旋转的旋转检测脉冲DP并输出。校正驱动脉冲生成电路35在步进电动机20未旋转，或者不确定是否旋转的情况下，生成用于使步进电动机20可靠地旋转的校正脉冲FP并输出。校正脉冲FP对转子22的驱动力比驱动脉冲SP大。假如在电动机控制部2假定的相位与转子22的相位相反的情况下，追加脉冲生成电路34生成用于使电动机控制部2假定的相位与转子22的相位一致的信号(追加脉冲C)并输出。

向选择器6输入测定驱动脉冲G、驱动脉冲SP、校正脉冲FP、追加脉冲C、相位检测脉冲GP、旋转检测脉冲DP。而且，选择器6基于电动机控制部2中所含的逻辑电路及微型控制器的控制，将这些脉冲中的任一者输出到驱动电路7。

驱动电路7将与从选择器6输入的测定驱动脉冲G、驱动脉冲SP、校正脉冲FP、追加脉冲C中的任一者对应的驱动信号供给到步进电动机20的线圈21的端子O1、O2，驱动步进电动机20。另外，当驱动电路7从选择器6输入旋转检测脉冲DP时，通过控制设置于线圈21与旋转检测电路41之间的开关，将线圈21的O1端子、O2端子中产生的反电动势电流输入到旋转检测电路41。当驱动电路7从选择器6输入相位检测脉冲GP时，通过控制设置于线圈21与相位检测电路42之间的开关，将线圈21的O1端子、O2端子中产生的反电动势电流输入到相位检测电路42。

旋转检测电路41是检测在旋转检测脉冲DP被输入到驱动电路7时在线圈21中产生的反电动势电流的电路。旋转检测电路41例如包含比较电路，并检测是否产生超过基于检测电阻而确定的阈值dVt的反电动势电流。另外，旋转检测电路41基于检测出的反电动势电流判断转子22是否反旋转到下一步。旋转检测电路41在判断为没有反旋转的情况下，控制选择器6，将校正脉冲FP输入到驱动电路7。

相位检测电路42是检测在相位检测脉冲GP被输入到驱动电路7时线圈21中所产生的反电动势电流的电路。相位检测电路42例如包含比较电路，并检测是否产生超过基于检测电阻而确定的阈值gVt的反电动势电流。另外，相位检测电路42基于检测出的反电动势电流，判断转子22的相位与根据到此为止的电动机控制部2的动作预期的相位(电动机控制部2基于上次的步骤的动作预测并存储于存储器等的当前的相位)是相同(同相)还是相反(反相)。

驱动方式切换电路43基于由相位检测电路42判断的转子22的相位，切换从驱动电路7输入到线圈21的驱动信号。后述切换驱动信号的详情。驱动方式切换电路43也可以由微型控制器来实现。

接着，对本发明的实施方式的步进电动机20的反转时的动作的概要进行说明。图3是说明同相时的转子22的旋转的图，表示转子22的状态的变化。步进电动机20包含向转子22传递磁力的两个定子23a、23b。转子22被进行N和S的2极磁化，定子23a、23b夹着转子22而对置。从线圈21的一端及另一端产生的磁力分别被传递到定子23a、23b。图3的直线L表示在线圈21未产生磁力的情况下转子22静止的位置，通过静止时的转子22的N极及S极。直线L沿使定子23a、23b向正转方向旋转j°(j低于90度)的方向延伸。转子22静止的位置为转子22一边衰减一边进行自由振动时的中心，以下记载为“稳定位置”。步进电动机20的一步为半圈，转子22每半圈到达稳定位置。

时间T10为初始状态，转子22在稳定位置静止。在时间T11，测定驱动脉冲G输入到驱动电路7，且测定驱动信号输入到线圈21。线圈21经由定子23a、23b，将第一极性的磁力传递到转子22。由于第一极性的磁力，在时间T11且同相的情况下，转子22的磁极和定子23a、23进行排斥。由此，转子22向正转方向稍微旋转。然后，相位检测脉冲GP输入到驱动电路7，通过相位检测电路42判断转子22的相位。在此，判断转子22的相位与预期的相位相同(同相)。

接着，在同相的情况下，驱动脉冲SP输入到驱动电路7，并向线圈21供给使转子22反转到下一步的驱动信号。在时间T12，驱动脉冲SP中所含的脉冲A被供给到驱动电路7，据此，通过驱动电路7所输出的部分驱动信号，在线圈21中产生第一极性的磁力，并且，该磁力传递到转子22。转子22以比测定驱动脉冲G时大且未到达一步的方式向正转方向旋转。在时间T13，驱动脉冲SP中所含的脉冲B被供给到驱动电路7，据此，通过驱动电路7所输出的部分驱动信号，在线圈21中产生与第一极性相反的第二极性的磁力，并且，该磁力传递到转子22。由于第二极性的磁力，在时间T13且同相的情况下，转子22的磁极和定子23a、23b相互吸引。由于第二极性的磁力，转子22向反转方向旋转，通过惯性反转至下一步(时间T14)，并且最终在下一步的稳定位置进行静止(时间T15)。由于转子22的极性反转，因此，在之后使极性进一步反转一步时，从线圈21供给与前步骤相反的极性的磁力(参照时间T16)。

图4是表示反相时的转子22的动作的图。时间T20为初始状态，转子22在稳定位置静止。在此，根据电动机控制部2的动作预期的相位为图3的时间T10的状态，时间T20的转子22的相位与根据电动机控制部2的动作所预期的相位相反(反相)。

在时间T21，测定驱动脉冲G输入到驱动电路7，且测定驱动信号输入到线圈21。线圈21经由定子23a、23b将第一极性的磁力传递到转子22。第一极性与同相时相同，但在时间T21，转子22为反相，因此，在第一极性，转子22的磁极和定子23a、b相互吸引，转子22向反转方向稍微旋转。然后，相位检测脉冲GP被输入到驱动电路7，并通过相位检测电路42判断转子22的相位。在此，判断转子22的相位与预期的相位相反(反相)。

接着，在反相的情况下，驱动脉冲SP和与其连续的追加脉冲C输入到驱动电路7，驱动电路7限制转子22向下一步的旋转。在时间T22，驱动脉冲SP中所含的脉冲A被供给到驱动电路7，据此，第一极性的磁力从线圈21传递到转子22。转子22以比测定驱动脉冲G时大且未达到一步的方式向反转方向旋转。在时间T23，驱动脉冲SP中所含的脉冲B供给到驱动电路7，据此，与第一极性相反的第二极性的磁力从线圈21传递到转子22。由于第二极性的磁力，在时间T23且反相的情况下，转子22的磁极和定子23a、23b进行排斥。由于第二极性的磁力，转子22向正转方向进行旋转(时间T23)。

在时间T24，追加脉冲C输入到驱动电路7，第一极性的磁力从线圈21传递到转子22。由于第一极性的磁力，在时间T24且反相的情况下，转子22的磁极和定子23a、23b排斥，且转子22向反转方向进行旋转。因此，转子22最终在与供给测定驱动脉冲G前相同的稳定位置静止。驱动脉冲SP和与其连续的追加脉冲C与专利文献1中所示的同样，即，在反相的情况下，与目前同样的反转用的反转脉冲与测定驱动脉冲G连续地输出。此外，假设当相位检测电路42将同相的状态误判断为反相时，在驱动脉冲SP之后(图3中的时间T13之后)，追加脉冲C输入到驱动电路7的情况下，由于第一极性的磁力，转子22的磁极和定子23a、23b相互吸引，且转子22最终在反转一步的稳定位置静止。即，即使在同相上错误地输出追加脉冲C，针的位置也不会偏离。另外，在图4的例中，在判断为反相的情况下，输出驱动脉冲SP和与其连续的追加脉冲C，但也可以代替地不输出这些脉冲。即，在图4的例中，在时间T21，一步结束，因此，转子22最终在与供给测定驱动脉冲G前相同的稳定位置静止。

接着，对反转时的控制进一步进行详细说明。图5是第一实施方式的反转的处理的流程图。图6是表示在反转一步时输出的脉冲的一例的波形图。图6的a1表示从测定驱动脉冲生成电路32向线圈21的端子O1输出的信号的波形，b1、c1、d1、e1、f1分别表示从相位检测脉冲生成电路33、通常驱动脉冲生成电路31、追加脉冲生成电路34、校正驱动脉冲生成电路35、旋转检测脉冲生成电路36向端子O1输出的信号的波形。c2、f2分别表示从通常驱动脉冲生成电路31、校正驱动脉冲生成电路35向端子O2输出的信号的波形。每一步切换从端子O1输出的信号的波形和从端子O2输出的信号的波形。

首先，测定驱动脉冲生成电路32生成测定驱动脉冲G，输入测定驱动脉冲G的驱动电路7向线圈21输出测定驱动信号(步骤S101)。当输出测定驱动信号时，如图3的T11、图4的T21所示，转子22向与此时的相位对应的方向旋转。而且，相位检测脉冲生成电路33输出相位检测脉冲GP，驱动电路7将线圈21的端子O1和相位检测电路42连接，相位检测电路42测量线圈21中产生的反电动势电流，另外，相位检测电路42基于测量的反电动势电流，判断转子22的相位(步骤S102)。

如图6所示，相位检测脉冲GP由以规定的间隔输出的多个部分脉冲构成，各自的部分脉冲施加短的时间(16μs)。图6中部分脉冲分别表示的数字表示将测定驱动脉冲生成电路32开始测定驱动脉冲G的输出时设为0的情况下、输出部分脉冲的时刻。另外，在输出部分脉冲的时刻测量反电动势电流。

另外，更具体而言，在步骤S102中，相位检测电路42在测量到2次以上超过阈值gVt的电压(相当于反电动势电流)的情况下，判断转子22为同相，在不是这样的情况下，判断为反相。图7是表示同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。图7中，作为相位检测脉冲GP而被描绘的多个线表示输出相位检测脉冲GP中所含的部分脉冲的时刻的反电动势电流的强度。在图7的例中，在输出测定驱动脉冲G后的、相位检测脉冲GP的五个部分脉冲的两个中，测量到超过阈值gVt的反电动势电流，相位检测电路42判断转子22的相位与预期的相位相同(同相)。

图8是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图，是与图7对应的图。在图8的例中，即使在输出测定驱动脉冲G后的、相位检测脉冲GP的五个部分脉冲的任一个中，均没有测量到超过阈值gVt的反电动势电流，相位检测电路42判断转子22的相位与预期的相位不同(反相)。

而且，在判断为反相的情况下(步骤S103的Y)，基于驱动方式切换电路43的控制，驱动电路7输出反相用的驱动信号(步骤S104)。更具体而言，驱动方式切换电路43在通常驱动脉冲生成电路31输出图6的c1及c2所示的驱动脉冲SP之后，使追加脉冲生成电路34输出图6的d1所示的追加脉冲C，进而，使选择器6向驱动电路7输入驱动脉冲SP及追加脉冲C，由此，使驱动电路7输出反相用的驱动信号。如图6所示，追加脉冲C具有施加与电源电压对应的电位(全脉冲)的区间(1.0ms)，和与其连续并以0.25ms周期施加占空比16/32的脉冲信号的区间(10.0ms)。通过反相用的驱动信号，如图4的时间T22～T24所示，能够抑制转子22在反相的情况下进行正转。

此外，在该状态下，通过电动机控制部2存储于存储器等的指针等的位置和实际的指针等位置发生偏离。但是，通过单独设置位置检测机构，检测指针等到达特定的位置，由此能够容易校正该偏离。在步骤S104后，电动机控制部2从测定驱动脉冲G的输出开始待机至经过32ms，然后，开始下一步的反转等处理(步骤S109)。此外，从测定驱动脉冲G的输出开始到待机结束的待机时间根据抑制转子22的振动的时间来设定。

另一方面，在判断为同相的情况下(步骤S103的N)，基于驱动方式切换电路43的控制，驱动电路7输出同相用的驱动信号(步骤S105)。更具体而言，在驱动方式切换电路43中，通常驱动脉冲生成电路31输出图6的c1及c2所示的驱动脉冲SP，但追加脉冲生成电路34未输出追加脉冲C。另外，从选择器6向驱动电路7输入驱动脉冲SP。由此，驱动电路7输出同相用的驱动信号。通过同相用的驱动信号，如图3的时间T12～T14所示，转子22反转一步。

另外，在通常驱动脉冲生成电路31输出驱动脉冲SP后，驱动方式切换电路43使旋转检测脉冲生成电路36生成旋转检测脉冲DP，从选择器6向驱动电路7输出旋转检测脉冲DP(步骤S106)。另外，驱动电路7基于旋转检测脉冲DP，将线圈21的端子O1和旋转检测电路41连接，旋转检测电路41测量线圈21中所产生的反电动势电流，并基于测量的反电动势电流，判断转子22是否反转一步(步骤S106)。

如图6所示，旋转检测脉冲DP由以规定的间隔输出的多个部分脉冲构成，各自的部分脉冲施加短的时间(16μs)。图6中部分脉冲分别表示的数字表示将测定驱动脉冲生成电路32开始测定驱动脉冲G的输出时设为0的情况下、输出部分脉冲的时刻。另外，在输出部分脉冲的时刻测量反电动势电流。

此外，如图6所示，输出相位检测脉冲GP的部分脉冲的间隔比旋转检测脉冲DP的间隔更密。这是因为在相位检测脉冲GP的期间难以出现反电动势电流，因此，通过设为密集，提高检测的精度。另外，这些相位检测脉冲GP及旋转检测脉冲DP是将线圈设为高阻抗的状态，并检测通过转子22的自由振动在线圈中产生的感应电压，从而进行判断的脉冲。通过持续高阻抗的状态，使线圈沿妨碍通过转子22的自由振动而产生的磁通的变化的方向产生磁场的感应电动势、即不会产生电磁制动。因此，还具有通过将输出部分脉冲的间隔设为密集，基于电磁感应，抑制电磁制动，基于转子22的旋转，使反电动势电流增加的效果。另外，此次，将输出相位检测脉冲GP的部分脉冲的间隔设为密集，但也可以使部分脉冲単体的施加宽度(16μs)比旋转检测脉冲DP大。在该情况下，也能够期待同样的效果。

在步骤S106中，更具体而言，旋转检测电路41在测量到四次以上超过阈值dVt的电压(相当于反电动势电流)的情况下，判断转子22向反方向旋转一步，在不是这样的情况下，判断为未旋转。在图7的例中，在旋转检测脉冲DP的多个部分脉冲中的五个中，测量超过阈值dVt的电压，从而旋转检测电路41判断转子22向反方向旋转一步。此外，也可以在看见五个超过阈值dVt的电压的时刻结束旋转检测脉冲DP的输出。另外，也可以以旋转检测脉冲DP的输出结束为起点，逐次切换下一步的驱动脉冲等输出开始时刻。由此，能够提高反转的高速运针时的速率。在此，图7中，作为旋转检测脉冲DP而被描绘的多个线表示输出旋转检测脉冲DP中所含的部分脉冲的时刻的反电动势电流的强度。另外，在该例中，在经过10ms的时刻，转子22几乎收敛于向反方向旋转半圈的位置。

图9是表示在同相且非旋转时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。图9的例中，在相位检测脉冲GP的五个部分脉冲的两个中，测量超过阈值gVt的反电动势电流，判断为同相，另一方面，测量旋转检测脉冲DP的多个部分脉冲中超过阈值dVt的电压的次数低于四次，因此，旋转检测电路41判断转子22未旋转。因此，在图9的例中，虽然未图示，但从32ms输出校正脉冲FP。此外，旋转检测电路41也可以基于初次检测超过阈值dVt的电压的时刻来判断旋转、非旋转。例如，在图6的例中，在旋转的情况下，旋转检测电路41从旋转检测脉冲DP的输出开始利用第一部分脉冲检测电压，在图9的非旋转的情况下，从旋转检测脉冲DP的输出开始利用第六部分脉冲初次检测电压。例如，旋转检测电路41也可以以从旋转检测脉冲DP的输出开始起的第三部分脉冲为基准，基于在该基准之前是否首先检测出电压来判断旋转非旋转。另外，旋转检测电路41也可以基于检测电压的时刻和其检测次数的组合来判断旋转、非旋转。

此外，在图9的例中，虽然在旋转检测脉冲DP的输出开始的时刻未观察到超过阈值dVt的反电动势电流，但是观察到接近阈值dVt的电压的检测信号，在仅检测次数的计数中，有可能根据状况进行误判断。旋转检测电路41没有单纯基于期间内的检测次数进行判断，而基于可连续地检测的检测次数，判断旋转非旋转，由此，判断的精度更高。

在步骤S106中，在判断为反转一步的情况下(步骤S107的Y)，电动机控制部2从测定驱动脉冲G的输出开始至经过24ms待机，然后，开始下一步的反转等的处理(步骤S110)。此外，从测定驱动脉冲G的输出开始到待机结束的待机时间根据转子22的振动收敛的时间来设定，由于未输出追加脉冲C，因此，比步骤S109中的时间短。

在步骤S106中，为判断为未反转的情况下(步骤S107的N)，旋转检测电路41控制选择器6，将校正驱动脉冲生成电路35生成的校正脉冲FP输入到驱动电路7，从而驱动电路7输出校正驱动信号(步骤S108)。如图6所示，校正脉冲FP具有脉冲FP1、脉冲FP2、脉冲FP3。脉冲FP1、脉冲FP2、脉冲FP3分别相当于脉冲A、脉冲B、追加脉冲C，但由于增大校正驱动信号的驱动力，因此，脉冲FP1、脉冲FP2、脉冲FP3中的至少一部的期间比对应的脉冲长。例如在由于压延机的动作等的外部负载而使步进电动机20不能反转的情况下，通过校正脉冲FP也能够使步进电动机20可靠地动作。

当输出校正驱动信号时，电动机控制部2从测定驱动脉冲G的输出开始待机至经过64ms，然后，开始下一步的反转等处理(步骤S111)。此外，由于具有校正脉冲FP的输出，因此，待机时间比步骤S109中的时间长。此外，待机时间成为与是否反相、或是否旋转对应的值，但也可以为同样的时间。

在本实施方式的电子表1中，基于测定驱动脉冲G和相位检测脉冲GP，进行转子22的相位的检测，并进行与转子22的相位对应的驱动信号的输出。假设在不进行相位的检测，且使用同相时的驱动脉冲SP来驱动步进电动机20的情况下，产生转子22正转的现象，并且难以阻止该现象。

图10是表示不进行步骤S103中所示的反相检测，且反相时的转子22的状态的图，与图4对应的图。在此，时间T90的转子22的相位与根据电动机控制部2的动作预期的相位相反(反相)。在图10的例中，因为没有进行相位的检测，所以，即使为反相的情况下，也与同相的情况相同，供给驱动信号。于是，因为没有供给追加脉冲C，所以当转子22在时间T93向正转方向旋转时，在时间T94，在正转半圈后的稳定位置静止。

另一方面，在同相且没有问题地反转的情况下也旋转半圈，在下一步中预期的相位也相反。于是，在反相且旋转半圈的情况下，在下一步中也成为反相，因此，当进一步反转一步时，会进一步正转。因此，在该情况下，当一次成为反相时，即使使用位置检测结构，也难以校正该偏离。

在此，假设考虑如下情况：即使在同相的情况下，也使用在反相的情况下生成的驱动脉冲SP及追加脉冲C，向步进电动机20供给。在该情况下，通过追加脉冲C产生的磁力在同相的情况下，将转子22维持为反转的状态，在反相的情况下，使转子22朝向当初的稳定位置退回，因此，能够旋转至与本实施方式同样的稳定位置。但是，在该情况下，需要每次输出期间较长的追加脉冲C的驱动信号，因此，消耗电力增加，另外，旋转所需的时间会增加。

在本实施方式中，能够防止在同相的情况下以低消耗电力进行反转且在反相的情况下难以进行校正。由此，能够抑制电子表1的消耗电力，且使步进电动机20可靠地反转。

转子22的驱动的方法及相位的检测的手法也可以与到目前为止说明的不同。图11是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图其它一例的图。图12是表示同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。图11、12分别与图8、7对应。

在图11、12的例中，测定驱动脉冲G的测定驱动信号的极性与图7、8的例相反。由此，线圈21经由定子23a、23b将第二极性的磁力传递到转子22。在图11、12的例中，输入测定驱动信号的端子成为O2，转子22向与图7、8的例相反的方向稍微旋转。因此，如图11所示，在测量到2次以上超过阈值gVt的电压(相当于反电动势电流)的情况下，相位检测电路42判断转子22为反相，驱动电路7基于驱动脉冲SP和追加脉冲C输出驱动信号。另一方面，如图12所示，在没有测量到2次以上超过阈值gVt的电压(相当于反电动势电流)的情况下，相位检测电路42判断转子22为同相，并输出基于驱动脉冲SP的驱动信号。此外，在图11、12的例中，脉冲A具有施加占空比16/32的脉冲信号的区间。即使在图11、12的例中，也能够检测转子22的相位，抑制电子表1的消耗电力，并且能够使步进电动机20可靠地反转。

另外，测定驱动脉冲G和驱动脉冲SP中所含的脉冲A也可以两用。图13是表示反相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。图14是表示同相时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的其它一例的图。图13、14分别与图8、7对应。在图13、14的例中，测定驱动脉冲G供给到驱动电路7，据此，驱动电路7输出测定驱动信号，并通过测定驱动信号，使线圈21产生第一极性的磁力，并且该磁力传递到转子22。转子22以未到达一步的方式，向正转方向旋转。然后，相位检测脉冲生成电路33输出相位检测脉冲GP，相位检测电路42判断转子22的相位。同相或反相的判断手法的详情与在图7、8的例中说明的同样。

在判断为同相的情况下，驱动脉冲SP中所含的脉冲B供给到驱动电路7，据此，通过驱动电路7输出的部分驱动信号，使线圈21产生与第一极性相反的第二极性的磁力，且将该磁力传递到转子22(参照图14)。测定驱动脉冲G引起的旋转成为脉冲A引起的旋转的代替，因此，即使通过该手法，也能够使转子22反转一步。此外，在该情况下，与图7的例相比，转子22的旋转力变低。

在判断为反相的情况下。驱动脉冲SP中所含的脉冲B供给到驱动电路7，在线圈21中产生与第一极性相同的第二极性的磁力。进而，追加脉冲C输入到驱动电路7，第一极性的磁力从线圈21传递到转子22(参照图13)。由此，与图8的例同样，能够限制转子22的旋转。

[第二实施方式]

以下，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式与第一实施方式相比，调节表示驱动信号的强度的驱动等级的点不同。以下，主要对与第一实施方式的不同点进行说明。

图20是表示第二实施方式的电子表1的电路结构的框图，与第一实施方式的图2对应的图。在第二实施方式中，通常驱动脉冲生成电路31包含等级确定电路44，等级确定电路44与旋转检测电路41连接。

等级确定电路44基于在输出与驱动脉冲SP对应的驱动信号后检测出的反电动势电流，判断转子22的旋转力，并基于判断的旋转力，变更表示驱动电路7输出的驱动信号的强度的驱动等级。

图15是第二实施方式的电子表1的反转的处理的流程图。首先，测定驱动脉冲生成电路32生成测定驱动脉冲G，输入测定驱动脉冲G的驱动电路7向线圈21输出测定驱动信号(步骤S201)。接着，相位检测脉冲生成电路33输出相位检测脉冲GP，相位检测电路42测量线圈21中产生的反电动势电流，另外，相位检测电路42基于测量的反电动势电流，判断转子22的相位(步骤S202)。这些处理与第一实施方式中的步骤S101、S102的处理同样，因此，省略详细的说明。

而且，在判断为反相的情况下(步骤S203的Y)，基于驱动方式切换电路43的控制，驱动电路7输出反相用的驱动信号(步骤S204)。步骤S204的处理与第一实施方式的步骤S104的处理同样。虽然未图示，但之后与第一实施方式同样，电动机控制部2从测定驱动脉冲G的输出开始至经过规定的期间待机，然后，开始下一步的反转等处理。

另一方面，在判断为同相的情况下(步骤S203的N)，等级确定电路44判断当前的驱动等级是否为最低的驱动等级即1(步骤S205)。

在此，对驱动等级进行进一步说明。在本实施方式中，驱动等级为1～3。驱动等级为1时输出的驱动信号的驱动力最弱，随着驱动等级的值变大，驱动力也变大。图16是在第二实施方式中，在反转时输出的脉冲的一例的波形图，与第一实施方式的图6对应。在图16的例中，驱动等级为3时，从通常驱动脉冲生成电路31输出波形c1所示的脉冲A。波形c1所示的脉冲A与图6所示的相同，该期间施加很多与电源电压对应的电位(全脉冲)。在驱动等级为2的情况下，从通常驱动脉冲生成电路31输出波形kc1所示的占空比比26/32和波形c1小的脉冲A。另一方面，在驱动等级为1的情况下，未输出脉冲A。

驱动等级用于缓和电源电压的变化等导致的步进电动机20的驱动力的变化引起的问题的产生。后述驱动等级的设定的详情。此外，驱动等级的数量可以不是3，只要为2以上即可。例如，在驱动等级的数量为4以上的情况下，也可以根据驱动等级使占空比进一步精细地变化。

在当前的驱动等级为1的情况下(步骤S205的Y)，由于减少驱动力，因此，通常驱动脉冲生成电路31未输出脉冲A，而向驱动电路7输出脉冲B。由此，选择器6向驱动电路7输出脉冲B(步骤S206)。基于脉冲B，驱动电路7输出与脉冲B对应的部分驱动信号作为同相用的驱动信号，线圈21中产生的第二极性的磁力传递到转子22。即使为步骤S206的动作，也与第一实施方式的图14的例同样，通过将测定驱动脉冲G用于驱动信号中所含的脉冲A的代替，转子22能够反转。此外，脉冲B等、其之后的信号的输出开始时刻只要顺序不变，则也可以比图16所示的时刻早等，可以适当调节。

在当前的驱动等级不是1的情况下(步骤S205的N)，通常驱动脉冲生成电路31输出与驱动等级对应的驱动脉冲SP，驱动电路7输出与驱动等级对应的强度的同相用的驱动信号(步骤S207)。由此，根据驱动等级，调节转子22的驱动力。

当执行步骤S206或步骤S207的处理时，旋转检测脉冲生成电路36向驱动电路7输出旋转检测脉冲DP(步骤S208)。另外，旋转检测电路41测量线圈21中产生的反电动势电流，并基于测量的反电动势电流，判断转子22是否反转一步(步骤S208)。在步骤S208中判断为未反转的情况下(步骤S209的N)，校正脉冲FP输入到驱动电路7，从而，驱动电路7输出校正驱动信号(步骤S210)。另外，在该情况下，等级确定电路44通过将驱动等级提高1，更易于下一步中的反转(步骤S211)。步骤S208及步骤S210的动作与第一实施方式的步骤S106、步骤S108的动作同样，因此，省略详细的说明。此外，虽然图中未图示，但与第一实施方式同样，在步骤S211后，且从测定驱动脉冲G的输出开始经过一定时间时，开始下一步的动作。

另一方面，在步骤S208中判断为反转一步的情况下(步骤S209的Y)，判断旋转检测电路41是否检测出表示异常旋转的前兆的前兆波形X(步骤S212)。

图17是表示在同相且检测出前兆波形X时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。在图17的例中，相对于电源电压，提高驱动等级，因此，脉冲A导致的转子22的正方向的旋转量变大。该情况下，在脉冲B的输出结束之后且检测出用于旋转检测的规定的极性(与脉冲B产生的部分驱动信号相同的极性)的反电动势电流前，产生与该规定的极性相反的极性的反电动势电流的前兆波形X。在图17的例中，测量旋转检测脉冲DP的多个部分脉冲中的超过阈值dVt的电压的次数为四次以上，判断为向反方向旋转半圈，即使看见转子22的旋转角，也向反转方向旋转半圈。但是，如果转子22的旋转力由于外在要因而变强，则在下一步中由于脉冲A而向正转方向旋转的可能性变高。

图18是表示产生异常旋转时的反电动势电流、端子O1、O2的电压的波形图的一例的图。在图18的例中，与图17的例相比，电源电压变高，通过脉冲A，转子22向正转方向大幅旋转，在之后输出脉冲B的时刻会向正转方向旋转半圈。

对前兆波形X的检测进行更具体地说明。在脉冲B的生成结束之后，旋转检测脉冲生成电路36输出前兆检测脉冲EP，从而前兆检测脉冲EP输入到驱动电路7。驱动电路7将线圈21的端子O2和旋转检测电路41连接，旋转检测电路41判断通过反电动势电流产生的电压是否超过阈值eVt。与旋转检测电路41连接的线圈21的端子与旋转检测脉冲DP不同，因此，在通过反电动势电流产生的电压超过阈值eVt的情况下，检测出旋转检测中的与反电动势电流不同的极性的电流。即，旋转检测电路41通过判断通过反电动势电流产生的电压是否超过eVt，判断是否检测出异常旋转的前兆波形X。

当检测出表示异常旋转的前兆的前兆波形X时(步骤S212的Y)，等级确定电路44将驱动等级降低2(步骤S213)。此外，在当前的驱动等级为2的情况下，等级确定电路44将驱动等级变更为1。

在未检测出异常旋转的前兆的情况下(步骤S212的N)，等级确定电路44根据测量此次的步骤中输出的多个旋转检测脉冲DP中超过阈值dVt的电压(相当于反电动势电流)的次数，调节驱动等级。更具体而言，在旋转检测时，在通过反电动势电流检测出超过低于5次阈值dVt的电压的情况下(步骤S214的Y)，等级确定电路44将驱动等级降低1(步骤S215)，在检测出超过7次且超过阈值dVt的电压的情况下(步骤S216的Y)，等级确定电路44将驱动等级提高1(步骤S211)。随着驱动力降低，检测出超过阈值dVt的电压的次数也增加，因此，通过这些处理，能够防止驱动力变得过大或过少，并降低消耗电力。另外，也能够降低由于突然的电压变动等引起异常旋转等的可能性。此外，未图示，但与第一实施方式同样，在步骤S216后且从测定驱动脉冲G的输出开始经过一定时间时开始下一步的动作。

图19是表示随着与锂电池这一可充放电的电池的电压变动对应的驱动等级的变化的动作的一例的波形图。图19中记载了反电动势电流的波形和施加于线圈21的端子O1、O2的信号的波形。期间aa、bb、cc、dd、ee分别表示关于转子22旋转半圈的步骤的动作的波形。在期间aa中，电源电压为2.0V且驱动等级为2。期间aa相当于图7的例，在期间aa中，通过旋转检测脉冲DP检测阈值dVt以上的电压的次数(以下，记载为检测次数)为5次，因此，驱动等级未变化。期间bb为进行下一步的旋转半圈的期间，测定驱动脉冲G、驱动脉冲SP(脉冲A，B)、基于它们的测定驱动信号及驱动信号的极性相对于期间aa成为相反。以后每次成为下一步的期间时，极性会反转。电源电压及检测次数与期间aa相同，且驱动等级未变化。

在期间cc，电源电压上升到2.3V，检测次数降低至四次。与此对应，驱动方式切换电路43将驱动等级降低到1。在期间dd中，电源电压为2.3V的状态，通过驱动等级的降低，与脉冲A对应的部分驱动信号变化为具有占空比的连续的脉冲。由此，转子22的驱动力降低，检测次数成为5次，且驱动等级未变化。如果成为期间ee，则电源电压降低到2.0V，检测次数成为7次。由此，驱动等级返回到2。如图19所示，通过根据与电源电压的变化对应的驱动力的变化，变更驱动等级，能够使用必要以上的强度的驱动信号、或抑制需要更弱的驱动信号引起的校正驱动信号的输出，且能够抑制消耗电力。

此外，在图16的例中，在检测超过dVt的电压的次数为5次以上7次以下的情况下，驱动等级未变化，但能够在规定的数(例如，200)的反转的步骤中正常反转的情况下，等级确定电路44也可以降低驱动等级降低1。在某个驱动等级中，稳定地旋转的情况下，即使为其下面的驱动等级，能够没有问题地旋转的可能性也高，因此，能够进一步降低消耗电力的可能性高。另外，假设即使在转子22的驱动力不足的情况下，由于校正脉冲FP的输出及驱动等级的增加，也能够抑制问题的产生。另外，也可以准备电源电压检测电路，等级确定电路44基于电池电压切换驱动等级。

此外，本发明的各实施方式中所示的结构图、电路图、波形图等不限定于此，只有满足本发明的宗旨，就能够进行任意地变更。

Claims (11)

1.一种步进电动机驱动装置，其特征在于，包含：

步进电动机，其具有两极以上被磁化了的转子、向所述转子传递磁力的定子以及向所述定子产生磁力的线圈；

驱动电路，其向所述线圈输出测定驱动信号；

相位检测电路，其检测在输出所述测定驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，并基于检测出的所述反电动势电流判断所述转子的相位是否为预期的相位；和

控制部，其在所述相位为预期的相位的情况下，通过令所述驱动电路输出使所述转子旋转一步的第一驱动信号的第一驱动方式来进行控制，在所述相位与所述预期的相位不同的情况下，通过与所述第一驱动方式不同的第二驱动方式，进行控制以限制所述转子的旋转。

2.根据权利要求1所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

所述控制部在所述相位为预期的相位的情况下，通过令所述驱动电路输出使所述转子反转一步的第一驱动信号的第一驱动方式来进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

在所述第一驱动方式中，所述驱动电路输出包含以下信号的第一驱动信号，即：使所述线圈产生第一极性的磁力的第一部分信号；和在所述第一部分信号之后使所述线圈产生与所述第一极性相反的第二极性的磁力的第二部分信号。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

在所述第二驱动方式中，所述驱动电路输出包含以下信号的第二驱动信号，即：使所述线圈产生所述第一极性的磁力的第一部分信号；在所述第一部分信号之后使所述线圈产生所述第二极性的磁力的第二部分信号；和在所述第二部分信号之后使所述线圈产生所述第一极性的磁力的第三部分信号。

5.根据权利要求3所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

在所述第二驱动方式中，所述驱动电路不输出驱动信号。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

在所述第一驱动方式中，所述驱动电路不输出所述第一部分信号，而输出所述第二部分信号。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

所述控制部还包含等级确定部，其检测在输出所述第一驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，基于检测出的所述反电动势电流，判断所述转子的旋转力，并基于判断出的所述旋转力来变更表示所述驱动电路所输出的所述第一驱动信号的强度的等级。

8.根据权利要求7所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

在所述等级为规定的等级的情况下，所述驱动电路作为所述测定驱动信号输出使所述线圈产生所述第一极性的磁力的信号，并且作为所述第一驱动信号输出所述第二部分信号，

在所述等级与比所述规定的等级强的信号对应的情况下，所述驱动电路作为所述第一驱动信号输出所述第一部分信号和所述第二部分信号。

9.根据权利要求7或8所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

所述等级确定部在输出所述第一驱动信号后，基于检测出超过阈值的信号的期间是否比规定的期间短，来变更所述等级，

所述等级确定部在从输出所述第一驱动信号起直到检测出超过所述阈值的反电动势电流的期间，检测出与该反电动势电流不同的极性的反电动势电流的情况下，将所述等级变更为与更弱的信号对应的等级。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

所述等级确定电路检测在输出所述第一驱动信号之后所述线圈中所产生的反电动势电流，并基于检测出的所述反电动势电流，判断所述转子是否进行规定的旋转，

所述驱动电路在判断出所述转子没有进行规定的旋转的情况下，输出与所述第一驱动信号相比使所述转子更强地旋转的校正驱动信号。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：

所述驱动电路在所述测定驱动信号之后，基于包含多个断续的第一部分脉冲的相位检测脉冲，将检测反电动势电流的电路与所述线圈连接，在输出所述第一驱动信号之后，基于包含多个断续的第二部分脉冲的旋转检测信号，将检测反电动势电流的电路与所述线圈连接，

所述第一部分脉冲的输出间隔比所述第二部分脉冲小，或者所述第一部分脉冲各自的施加期间比所述第二部分脉冲大。

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