JP2001157495A

JP2001157495A - ステップモータの制御方法、制御装置および計時装置

Info

Publication number: JP2001157495A
Application number: JP2000294336A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kubota; 勝窪田; Hiroyuki Kojima; 博之小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電子腕時計などに収納されたステップモータ
を駆動するために消費される電力をさらに低減可能な制
御方法を提供する。【解決手段】永久磁石からなるロータと、磁力を発生
する駆動コイルと、駆動コイルによって励磁されるステ
ータとを有するステップモータの駆動パルスの実効電力
を調整できるようにする。すなわち、各相毎にある実効
電力を備えた駆動パルスを供給し、非回転のときは、十
分大きな実効電力の駆動パルスによって確実に回転させ
て、駆動パルスの実効電力を増加し、同じ実効電力の駆
動パルスによって回転したことが所定の回数確認された
ときは、駆動パルスの実効電力を減少する。これを各相
毎に繰り返すことによって各相に最適で実効電力の小さ
な駆動パルスによってステップモータを駆動できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石からなる
ロータと、磁力を発生する駆動コイルと、駆動コイルに
よって励磁されるステータとを有するステップモータの
制御装置および制御方法に関し、特に、電子時計のステ
ップモータなどを駆動させるのに好適な省電力型の制御
装置および制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステップモータは、パルスモータ、ステ
ッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモータな
ども称され、デジタル制御装置のアクチュエータとして
多用されているパルス信号によって駆動されるモータで
ある。近年、携帯に適した小型の電子装置あるいは情報
機器が開発されており、これらのアクチュエータとして
小型、軽量化されたステップモータが多く採用されてい
る。このような電子装置の代表的なものが電子時計、時
間スイッチといった計時装置である。この計時装置にお
いては、水晶発振子などを用いた発振回路から基準パル
スを供給し、この基準パルスを１ＭＨｚなどの計時に適
した周波数の時間信号に分周する。そして、その時間信
号に合わせて駆動パルスをステップモータに供給し、計
時装置の秒針などを運針するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの携帯用に適し
た小型の電子装置においては、搭載可能な電源が限られ
ているので、長時間、安定した動作を行うためにはステ
ップモータなどによって消費される電力をできるだけ低
減することが重要である。このため、ステップモータを
用いた電子時計においては、ステップモータに供給する
駆動パルスの実効電力を徐々に低減し電力消費の少ない
状態でステップモータを駆動するようにしている。一
方、供給した駆動パルスではステップモータが正常に回
転しない場合は、十分に大きな実効電力の補助パルスに
よって回転させると共に駆動パルスの実効電力を増加
し、ステップモータをできるだけ低い電力で確実に駆動
できるようにしている。

【０００４】小型で携帯に適した電子装置は、集積化が
進み、例えば、腕装着型の電子時計については、ユーザ
ーの様々なニーズに対応して多機能化が進んでいる。従
って、計時機能に加えて電力を消費する種々の機能が搭
載されており、全体の電力消費は増加傾向にある。ま
た、太陽電池やユーザーの腕の動きなどに連動して自動
的に発電を行う発電システムが導入され、電池の交換な
しに長期間、何処でも自由に使用できる携帯型電子機器
が考案されている。これらの機器に搭載される発電シス
テムからは大きな電流密度を得にくいため、計時装置な
どにおいて消費される電力をさらに低減することが望ま
れている。

【０００５】そこで、本発明においては、永久磁石から
なるロータと、磁力を発生する駆動コイルと、駆動コイ
ルによって励磁されるステータとを有するステップモー
タを駆動するために消費される電力をさらに低減可能な
制御装置および制御方法を提供し、計時装置における消
費電力をさらに低減可能とすることを目的としている。
そして、多機能化、あるいは電池の廃棄や交換の不要な
太陽電池などの発電システムを採用した携帯装置に適用
可能な省電力タイプのステップモータの制御装置および
制御方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のステップモータ
の制御方法は、永久磁石からなるロータと、磁力を発生
する駆動コイルと、前記駆動コイルによって励磁される
ステータとを有するステップモータ制御方法において、
前記ロータを第１の位置から回転させるために、第１の
実効電力を備えた駆動パルスを供給し、前記第１の実効
電力を備えた駆動パルスを供給したときの前記ロータの
回転・非回転によって、前記第１の実効電力を減少・増
加するステップと、前記ロータを第２の位置から回転さ
せるために第２の実効電力を備えた駆動パルスを供給
し、前記第２の実効電力を備えた駆動パルスを供給した
ときの前記ロータの回転・非回転によって、前記第２の
実効電力を減少・増加するステップと、前記第１の実効
電力を備えた駆動パルスによって前記ロータが回転する
ことを所定の回数だけ確認した後に前記第１の実効電力
を減少し、前記第２の実効電力を備えた駆動パルスによ
って前記ロータが回転することを所定の回数だけ確認し
た後に前記第２の実効電力を減少することを特徴とす
る。本発明のステップモータの制御装置は、永久磁石か
らなるロータと、磁力を発生する駆動コイルと、前記駆
動コイルによって励磁されるステータとを有するステッ
プモータの制御装置において、前記ステップモータに
駆動パルスを供給する駆動手段と、前記ロータを第１の
位置から回転するときに、第１の実効電力を備えた駆動
パルスを生成する第１のパルス信号を出力する第１のパ
ルス出力手段と、前記ロータを第２の位置から回転する
ときに、第２の実効電力を備えた駆動パルスを生成する
第２のパルス信号を出力する第２のパルス出力手段と、
前記第１の実効電力を備えた駆動パルスを供給したとき
の前記ロータの回転・非回転によって前記第１の実効電
力を減少・増加し、前記第２の実効電力を備えた駆動パ
ルスを供給したときの前記ロータの回転・非回転によっ
て前記第２の実効電力を減少・増加する制御手段とを有
し、前記制御手段は、前記第１および第２の実効電力を
備えた駆動パルスによって前記ロータが回転することを
前記第１および第２の実効電力毎に所定回数だけ確認し
た後に前記第１および第２の実効電力をそれぞれ減少す
ることを特徴とする。

【０００７】また、本発明のステップモータの制御装置
は、パルス幅の異なる複数の信号を出力可能なパルス信
号生成手段を有し、前記第１および第２のパルス出力手
段は、前記第１および第２の実効電力の増減によって前
記パルス信号生成手段からパルス幅の異なる前記第１お
よび第２のパルス信号をそれぞれ選択して出力すること
を特徴とする。

【０００８】本発明の計時装置は、永久磁石からなるロ
ータと、磁力を発生する駆動コイルと、前記駆動コイル
によって励磁されるステータとを有するステップモータ
に駆動パルスを供給して時計針を運針する駆動手段と、
一定の時間間隔で時間信号を出力する基準信号発生手段
と、第１の前記時間信号により前記ステップモータに第
１の実効電力を備えた駆動パルスを供給する第１のパル
ス信号を出力する第１のパルス出力手段と、第２の前記
時間信号により前記ステップモータに第２の実効電力を
備えた駆動パルスを供給する第２のパルス信号を出力す
る第２のパルス出力手段と、前記第１の実効電力を備え
た駆動パルスを供給したときの前記ロータの回転・非回
転によって前記第１の実効電力を減少・増加し、前記第
２の実効電力を備えた駆動パルスを供給したときの前記
ロータの回転・非回転によって前記第２の実効電力を減
少・増加する制御手段とを有すること特徴とする。

【０００９】また、本発明の計時装置は、前記制御手段
は、前記第１および第２の実効電力を備えた前記駆動パ
ルスによって前記ロータが回転することを前記第１およ
び第２の実効電力毎に所定の回数だけ確認した後に前記
第１および第２の実効電力をそれぞれ減少することを特
徴とする。

【００１０】さらに、本発明の計時装置は、前記ロータ
の回転方向を規定するために、前記ステータ内周には、
内ノッチが設けられていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の計時装置は、前記ステータ
には、磁気飽和部が設けられていることを特徴とする。

【００１２】ステップモータにおいては、駆動パルスに
よってステータに対しロータを回転させ、動力あるいは
制御力を得ている。従って、ステータとロータを組み込
むときの組立誤差や、ステータに対するロータの偏心な
どの固体差、さらに、輪列などを介して駆動される機構
の影響などを受けてロータの回転する位置によってホー
ルディングトルクやディテントトルクなどの諸条件が異
なるので、ある位置から次の位置に回転するステップア
ングル毎に必要とされるエネルギーが異なることが多
い。そこで、本発明においては、ステップモータのある
位置から次の位置への回転（ステップアングル）を全て
共通に取り扱うのではなく、所定のステップアングル毎
に、あるいは複数のステップアングルをグループ化し
て、それらに最適で実効電力が最も低くなるような実効
電力を備えた駆動パルスを設定できるようにしている。
ステップモータの回転を全て共通に取り扱うと、最もエ
ネルギーが必要とされるステップアングルに合わせて駆
動パルスの実効電力が設定されてしまう。これに対し、
本発明においては、個々のステップアングルに合わせて
駆動パルスの実効電力を設定できるので、さらに実効電
力の低い駆動パルスを用いてステップモータを駆動させ
ることができる。ロータは回転運動を行うので、周期的
にトルクなどの諸条件がほぼ同一の状態となる。従っ
て、ステップアングル毎、あるいは諸条件の近いステッ
プアングルをグループ化して取り扱うことにより、駆動
装置の構成や制御を複雑にすることなく省電力化を図れ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
をさらに詳細に説明する。

【００１４】図１に、本発明に係る計時装置１の概略構
成を示してある。本例の計時装置１は、ステップモータ
１０と、このステップモータ１０を制御する制御装置２
０と、ステップモータ１０の動きを伝達する輪列５０、
および輪列５０によって運針される秒針６１、分針６２
および時針６３を備えている。本例のステップモータ１
０は、制御装置２０から供給される駆動パルスによって
磁力を発生する駆動コイル１１と、この駆動コイル１１
によって励磁されるステータ１２と、さらに、ステータ
１２の内部で回転するロータ１３を備えている。このロ
ータ１３はディスク状の２極の永久磁石によって構成さ
れており、ＰＭ型（永久磁石回転型）の１相のステップ
モータ１０となっている。ステータ１２には、駆動コイ
ル１１で発生した磁力によって異なった磁極がロータ１
３の回りのそれぞれの相１５および１６に発生するよう
に磁気飽和部１７が設けられている。また、ロータ１３
の回転方向を規定するために、ステータ１２の内周の適
当な位置には内ノッチ１８が設けられており、これによ
ってコギングトルクを発生させてロータ１３が適当な位
置に停止するようにしている。ステップモータ１０のロ
ータ１３の回転は、かなを介してロータ１３に噛合され
た五番車５１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、
日の裏車５５および筒車５６からなる輪列５０によって
各針に伝達される。四番車５２の軸には秒針６１が接続
され、二番車５４には分針６２が接続され、さらに、筒
車５６には時針６３が接続されており、ロータ１３の回
転に連動してこれらの各針によって時刻が表示される。
輪列５０には、さらに、年月日などの表示を行うための
伝達系など（不図示）を接続することももちろん可能で
ある。

【００１５】本例の計時装置１は、ステップモータ１０
の回転によって時刻が表示される。

【００１６】従って、ステップモータ１０は所定の時間
信号に従って出力された駆動パルスによって駆動され
る。ステップモータ１０を制御する本例の制御装置２０
は、水晶振動子などの基準発振源２１を用いて基準周波
数の基準パルスを出力する発振回路２２と、基準パルス
を分周して特定の幾つかの周波数のパルスを出力する分
周回路２３と、ステップモータ１０に供給する駆動パル
スを生成するためのパルス信号などを分周回路２３から
供給されたパルス２４に基づき出力するパルス信号生成
回路（波形合成回路）２５を備えている。波形合成回路
２５からは、複数のパルス信号が出力され、本例におい
ては、例えば、計時動作を開始する、すなわち、ステッ
プモータ１０に駆動パルスＤＰを供給するサイクルを開
始するためのパルス信号（トリガ信号）Ｐ０、ステップ
モータ１０に供給する駆動パルスＤＰを生成するための
パルス信号Ｐ１、ステップモータ１０が回転しなかった
ときに充分に大きな駆動パルスを供給し、ステップモー
タ１０を回転させるためのパルス信号（補助パルス）Ｐ
２、および大きな駆動パルスが供給された後に駆動コイ
ル１１に残留する磁力を消すために供給する消磁パルス
ＰＥを生成するためのパルス信号Ｐ３などが出力され
る。

【００１７】本例の制御装置２０においては、波形合成
回路２５には、パルス信号Ｐ１のパルス幅を規定するデ
ータが設定された２つの設定回路２６ａおよび２６ｂが
接続されている。一方の設定回路２６ａは、例えば、ス
テップモータ１０において、ロータのＳ極をステータ１
２の第１の相１５から第２の相１６に向かって回転させ
るとき（以降において第１のステップアングル）にステ
ップモータ１０に供給する駆動パルスＤＰを生成するた
めのＰ１パルスのパルス幅を規定するデータが格納され
ている。他方の設定回路２６ｂには、その逆、すなわ
ち、ロータのＳ極をステータ１２の第２の相１６から第
１の相１５に向かって回転させるとき（以降において第
２のステップアングル）に供給する駆動パルスＤＰを生
成するためのＰ１パルスのパルス幅を規定するデータが
格納されている。本例の設定回路２６ａおよび２６ｂに
は、上記のデータを格納するためにデジタルカウンター
２７が採用されており、後述するように制御回路３０に
よってカウンター２７の値が上下され、第１および第２
のステップアングルを動かすためのＰ１パルスのパルス
幅が決められる。設定回路２６においてデータを格納す
る装置はカウンターに限定されることはなく、その他の
タイプのメモリーを用いてももちろん良い。

【００１８】このように、本例の制御装置２０において
は、波形合成回路２５が第１のステップアングル用のパ
ルス信号Ｐ１（１）と、第２のステップアングル用のパ
ルス信号Ｐ１（２）と、さらに、これらを補助して十分
に大きな実効電力を備えた駆動パルスを生成するパルス
信号（補助パルス）Ｐ２を出力する機能を兼ね備えてい
る。この波形合成回路２５から出力されたこれらのパル
ス信号は、制御回路３０に供給される。制御回路３０
は、駆動回路３１を構成するＣＭＯＳを動作させ、ステ
ップモータ１０の駆動コイル１１に駆動パルスを供給
し、ステップモータ１０を駆動する。さらに、駆動回路
３１から駆動コイル１１へ駆動パルスを供給する配線に
は、駆動パルスを供給した後に生ずる誘起電圧などから
ロータ１３の回転・非回転を検出する検出回路３９が接
続されており、制御回路３０はこの回転・非回転を検出
する検出回路３９からの検出信号によってさらに制御を
行う。

【００１９】図２に本例の制御装置２０によってステッ
プモータ１０を駆動する制御の流れを示してあり、これ
に基づき本例の制御装置２０の動作を説明する。まず、
ステップ７１において、時間の経過を示す時間信号が出
力されているか否かを検出する。上記の制御装置２０に
おいては、発振回路２２から出力された基準パルスを分
周回路２４で分周し、例えば１Ｈｚの信号が波形合成回
路２５に供給されており、これに基づき波形合成回路２
５が時間信号となるパルス信号Ｐ０（トリガ信号）を出
力する。このトリガ信号によって、本例の制御装置２０
は１秒毎にステップモータ１０に駆動パルスを供給し計
時装置１を運針する。

【００２０】次に、ステップ７２においてステップモー
タ１０のどの位置からロータ１３を回転させるかを判定
する。本例のステップモータ１０は、２つの相を備えた
２極のモータなので、第１の相から第２の相に向かう第
１のステップアングルを駆動するか、あるいは第２の相
から第１の相に向かう第２のステップアングルを駆動す
るかを判断する。そして、第１のステップアングルを駆
動するのであれば、ステップ７３においてパラメータｉ
に１をセットし、第２のステップアングルを駆動するの
であればステップ７４においてパラメータｉに２をセッ
トする。本例のように２相のステップモータであれば交
互にパラメータｉの値を変えても良い。３相以上のステ
ップモータであればカウンターなどを用いてステップア
ングルの判別を行える。さらに、対象的な性質を備えた
ステップモータであれば、複数のステップアングルをグ
ループ化し、それぞれのグループの値でパラメータｉの
値を変えることも可能である。

【００２１】次に、ステップ７５において、選択された
パラメータｉの駆動パルスＤＰ（ｉ）を駆動回路３１か
らステップモータ１０に供給し、ステップモータを駆動
する。図１に示した本例の制御装置２０においては、第
１および第２のステップアングルを駆動する駆動パルス
を生成するためのデータが設定回路２６ａおよび２６ｂ
に設定されている。従って、波形合成回路２５は、パラ
メータｉの値に基づいて設定回路２６ａあるいは２６ｂ
のデータに従って駆動パルスＤＰ（ｉ）を生成するため
のパルス信号Ｐ１（ｉ）をトリガー信号Ｐ０に続いて制
御回路３０に出力する。制御回路３０はパルス信号Ｐ１
（ｉ）のパルス幅と、パラメータｉの値によって決まる
極性に基づき、生成信号を駆動回路３１に送る。本例の
制御装置２０においては、ステップモータに供給される
駆動パルスの実効電力を駆動パルスのパルス幅を変える
ことによって制御している。従って、設定回路２６ａお
よび２６ｂには、パルス信号Ｐ１のパルス幅を決定する
データが収納されており、波形合成回路２５から出力可
能なパルス幅の信号の中から所定のパルス幅の信号を選
択するデータが格納されている。もちろん、駆動パルス
の電圧を変えたり、ＰＷＭ（パルス幅変調）、ＰＦＭ
（パルス周波数変調）、ＰＡＭ（パルス振幅変調）など
の手法を用いて駆動パルスの電力制御を行っても良い。

【００２２】本例の駆動回路３１は、２列の直列に接続
されたｎチャンネルＭＯＳ３３とｐチャンネルＭＯＳ３
２によって構成されたブリッジ回路によって構成されて
いる。これらのＭＯＳ３２および３３のゲートに印加さ
れる生成信号の極性を第１および第２のステップアング
ルに合わせて反転させることにより、ステップモータ１
０の駆動コイル１１に極性の異なる駆動パルスを供給
し、ステータ１２に異なる極性の磁場を交互に発生させ
てロータ１３を一方向に回転するようにしている。本例
の制御装置２０においては、第１のステップアングルを
動かすために供給される駆動パルスＤＰ（１）のパルス
幅は設定回路２６ａのデータによって発生されたパルス
信号Ｐ１（１）によって決まり、第２のステップアング
ルを動かすために供給される駆動パルスＤＰ（２）のパ
ルス幅は設定回路２６ｂのデータによって発生されたパ
ルス信号Ｐ１（２）によって決まる。駆動回路３１は、
バイポーラトランジスタなどを用いても構成でき、ま
た、ユニポーラ型の駆動回路であっても良く、本例に限
定されないことはもちろんである。

【００２３】第１または第２のステップアングル用の駆
動パルスが供給されると、ステップ７６において、ロー
タ１３が駆動パルスによって回転したか否かを検出す
る。本例では、ロータ１３の回転によって発生する誘導
電圧を検出してロータ１３の回転・非回転を判別してい
る。回転を検出する手段はこれに限定されず、特公昭６
１−１５３８４などに開示されているステータ１２に磁
束を発生させる時定数の差を検出したり、ロータ１３の
回転角をセンサーなどを用いて検出するなどの手段を採
用しても良い。本例の誘導電圧によってロータの回転・
非回転を検出する方法は、計時装置などに用いられる非
常に小型のステップモータに適したものであり、さら
に、回転・非回転の判別を駆動パルスを供給したすぐ後
に行うことができるので、次のパルス信号Ｐ２（補助パ
ルス）による大きな駆動パルスの供給などをスムーズに
行える。

【００２４】ステップ７６において、ロータ１３が非回
転のときは、続いて、補助パルスＰ２によって生成され
たパルス幅の長い、すなわち、実効電力が十分大きな駆
動パルスをステップモータ１０に供給し、ステップモー
タを確実に回転させる。本例においては、波形合成回路
２５からパルス信号Ｐ１の２〜３倍程度のステップモー
タを駆動するのに十分な一定のパルス幅を備えたパルス
信号（補助パルス）Ｐ２がパルス信号Ｐ１に続いて制御
回路３０に供給される。このパルス信号Ｐ２は、パルス
信号Ｐ１の後に回転・非回転の検出が行われるための間
隔を開けて制御回路３０に供給される。制御回路３０
は、このパルス信号Ｐ２に基づき、ステップアングルに
よって極性を反転した生成信号を駆動回路３１に供給
し、駆動回路３１からパルス幅の広い十分に大きな実効
電力を備えた駆動パルスがステップモータ１０に供給さ
れる。

【００２５】大きな実効電力を備えた駆動パルスによっ
て駆動コイル１１が励磁されると、磁場が残留し、次の
ステップアングルを駆動する際に障害となることある。
そこで、パルス信号Ｐ２に続いて波形合成回路２５から
供給された短いパルス幅のパルス信号Ｐ３が出力され、
これによって直前に与えた実効電力の大きな駆動パルス
と極性が反対の消磁パルスＰＥをステップモータ１０に
供給する。

【００２６】補助パルスＰ２による実効電力の大きな駆
動パルスが供給されると、次のステップ８１において、
次のサイクルでそのステップアングルを回転させるとき
の駆動パルスＤＰ（ｉ）の実効電力を増加させる。本例
の制御装置２０においては、例えば、制御回路３０が非
回転であったステップアングルのパルス信号Ｐ１（ｉ）
の設定回路２６ａあるいは設定回路２６ｂに記憶されて
いるデータを、一段階大きなパルス幅のパルス信号が波
形合成回路２５から出力されるように変更する。

【００２７】一方、ステップ７６において、駆動パルス
ＤＰ（ｉ）によってロータ１３が回転したことが検出さ
れると、ステップ７７でカウンタＣ（ｉ）をカウントア
ップする。このカウンタＣ（ｉ）は、そのステップアン
グルが駆動パルスＤＰ（ｉ）によって連続して回転でき
た数を係数するカウンタであり、ステップ７８において
カウンタＣ（ｉ）の数が所定の数Ｃ０に達したか否かを
判断する。所定の回数Ｃ０に達していない場合は、ステ
ップ７１に戻って時間信号、すなわち、次のトリガ信号
Ｐ０が出力されるのを待つ。

【００２８】ステップ７８において、カウンタＣ（ｉ）
の値がＣ０に達している場合は、駆動パルスＤＰ（ｉ）
によって連続してＣ０回、例えば、第２のステップアン
グルを駆動できたことを示しており、駆動パルスＤＰ
（ｉ）の実効電力をさらに削減しても第２のステップア
ングルを駆動できる可能性がある。従って、ステップ７
９において駆動パルスＤＰ（ｉ）の実効電力、すなわ
ち、パルス幅を削減する。

【００２９】本例の制御装置２０においては、制御回路
３０によって、設定回路２６ａあるいは２６ｂに格納さ
れているデータを、一段階狭いパルス幅のパルス信号Ｐ
１が波形合成回路２５から出力されるように修正する。

【００３０】ステップ７８あるいはステップ８１におい
て、第１あるいは第２のステップアングル用の駆動パル
スＤＰ（ｉ）の実効電力を増減した場合は、ステップ８
２において、増減したステップアングル用のカウンタＣ
（ｉ）をゼロクリアする。そして、ステップ７１に戻っ
て次のトリガ信号が出力されるのを待つ。本例の計時装
置１の制御装置２０においては上記のようなステップを
トリガ信号毎に繰り返し、ステップモータ１０を相１か
ら相２へ（第１のステップアングル）、および相２から
相１へ（第２のステップアングル）と繰り返して駆動す
る。そして、第１および第２のステップアングル毎に最
適な実効電力に設定された駆動パルスＤＰ（１）および
ＤＰ（２）が供給され、低い消費電力でステップモータ
を駆動することができる。

【００３１】図３に、波形合成回路２５から制御回路３
０に供給される各パルス信号と、それに対応して駆動回
路３１からステップモータ１０に駆動パルスが供給され
る様子を示してある。時刻ｔ１に第１のステップアング
ルを駆動するトリガ信号Ｐ０が出力される。これによっ
て、第１のステップアングルを駆動するサイクルがスタ
ートする。時刻ｔ２に波形合成回路２５からパルス幅Ｔ
１のパルス信号Ｐ１（１）が出力され、これに応じたパ
ルス幅の駆動パルスＤＰ（１）がステップモータに供給
される。駆動パルスＤＰ（１）が供給された後の時刻ｔ
３前後からロータ１３の回転・非回転を検出する。非回
転であると、時刻ｔ４に波形合成回路２５から出力され
たパルス幅Ｔ１０のパルス信号Ｐ２に応じた実効電力の
大きな駆動パルスがステップモータに供給され、確実に
回転させる。次に、駆動コイル１１に残留した磁場を消
去するために時刻ｔ５に出力されたパルス信号Ｐ３に応
じて極性が反対の消磁パルスＰＥが出力される。

【００３２】時刻ｔ６のトリガ信号Ｐ０によって、第２
のステップアングルを駆動するサイクルがスタートす
る。時刻ｔ７に波形合成回路２５からパルス幅Ｔ１のパ
ルス信号Ｐ１（２）が出力され、これに応じたパルス幅
で極性が反対の駆動パルスＤＰ（２）がステップモータ
に供給される。このケースでは、まず、第１のステップ
アングルと第２のステップアングルには同じパルス幅Ｔ
１の駆動パルスが供給される。第２のステップアングル
では、駆動パルスＤＰ（２）を供給した時刻ｔ８後にロ
ータの回転が検出され、パルス幅Ｔ１の駆動パルスでス
テップモータを正常に回転させることができた。従っ
て、時刻ｔ９に出力されたパルス信号Ｐ２および時刻ｔ
１０に出力されたパルス信号Ｐ３に応じた駆動パルスお
よび消磁パルスはステップモータに供給されない。

【００３３】時刻ｔ１１のトリガ信号によって、第１の
ステップアングルを駆動する次のサイクルが開始され
る。第１のステップアングルを駆動するサイクルでは、
前のサイクルでロータの回転が検出されず、パルス信号
Ｐ２に応じた実効電力の大きな駆動パルスが供給されて
いる。従って、時刻ｔ１２に、パルス幅がＴ１からＴ２
に広がったパルス信号Ｐ１（１）が波形合成回路２５か
ら出力され、それに応じてパルス幅が広がった、すなわ
ち、実効電力が増加した駆動パルスがステップモータに
供給される。駆動パルスが終了した時刻ｔ１３におい
て、再びロータの回転が検出されないと、時刻ｔ１４に
パルス信号Ｐ２に応じた実効電力の大きな駆動パルスが
供給され、ロータを確実に回転させる。その後、時刻ｔ
１５に逆極性の消磁パルスが供給される。

【００３４】時刻ｔ１６のトリガ信号によって、第２の
ステップアングルを駆動する次のサイクルが開始され
る。第２のステップアングルを駆動するサイクルでは、
前のサイクルで正常に回転しているので、時刻ｔ１７
に、前のサイクルと同じパルス幅Ｔ１のパルス信号Ｐ１
（２）が波形合成回路２５から出力され、それに応じて
駆動パルスがステップモータに供給される。時刻ｔ１８
から再びロータが正常に回転したことが検出されると、
パルス信号Ｐ２およびＰ３に対応した駆動パルスおよび
消磁パルスは供給されない。

【００３５】時刻ｔ１９のトリガ信号によって、第１の
ステップアングルを駆動する次のサイクルが開始され
る。第１のステップアングルを駆動するサイクルでは、
前のサイクルで駆動パルスＤＰ（１）では回転できず、
パルス信号Ｐ２に対応したパルス幅が広く、実効電力の
大きな駆動パルスが供給されている。従って、時刻ｔ２
０に、前のサイクルよりパルス幅がＴ２からＴ４に広が
ったパルス信号Ｐ１（１）が波形合成回路２５から出力
され、それに応じてパルス幅の広がった駆動パルスがス
テップモータに供給される。この幅の広がった駆動パル
スによってロータが回転したことが時刻ｔ２１以降に検
出されたので、パルス信号Ｐ２およびＰ３に対応した駆
動パルスおよび消磁パルスはステップモータに供給され
ない。

【００３６】時刻ｔ２２のトリガ信号によって、第２の
ステップアングルを駆動するＣ０＋１回目のサイクルが
開始される。パルス幅Ｔ１のパルス信号Ｐ１（２）によ
ってＣ０回正常にロータが回転していることが確認され
ているので、時刻ｔ２３にパルス幅がＴ１からＴ３に狭
まったパルス信号Ｐ１（２）が波形合成回路２５から出
力され、それに応じてパルス幅の狭まった、すなわち、
実効電力が減少した駆動パルスがステップモータに供給
される。その後、ロータの回転が確認されると、パルス
信号Ｐ２およびＰ３に対応した駆動パルスおよび消磁パ
ルスは供給されない。

【００３７】このように、本例の制御装置および制御方
法を用いると、第１および第２のステップアングルに対
し、同じパルス幅Ｔ１のパルス信号Ｐ１で制御を開始し
ても、時間が経過すると、第１のステップアングルに対
してはパルス幅の広い、すなわち、実効電力の大きなパ
ルス信号Ｐ１が出力され、一方、第２のステップアング
ルに対してはパルス幅の狭い、すなわち、実効電力の小
さなパルス信号Ｐ１が出力される。従って、本例の制御
装置および制御方法においては、同じステップモータに
対して、回転するステップアングル、すなわち、回転を
開始する位置によって回転・非回転の状態が異なると、
異なった実効電力の駆動パルスが供給される。

【００３８】ステップモータには、ステータとロータを
組み込むときの組立誤差や、ステータに対するロータの
偏心などの固体差、さらに、輪列などを介して駆動され
る機構の影響などによってロータの回転する位置によっ
てホールディングトルクやディテントトルクなどの諸条
件が異なるので、ある位置から次の位置に回転するステ
ップアングル毎に必要とされるエネルギーが異なること
が多い。このようなステップモータに対し、本例の制御
方法および制御装置においては、ステップアングルを全
て共通に取り扱うのではなく、個々のステップアングル
あるいはグループ化された複数のステップアングル毎に
最適で電力が最も低くなるような実効電力を備えた駆動
パルスを設定できる。これに対し、ステップモータの回
転を全て共通に取り扱うと、最もエネルギーが必要とさ
れるステップアングルに合わせて駆動パルスの実効電力
が設定されてしまう。例えば、図３に示したケースであ
ると、全ての駆動パルスのパルス幅が最も大きなパルス
幅Ｔ４に設定されてしまう。これに対し、本発明におい
ては、個々のステップに合わせて駆動パルスの実効電力
を設定できるので、低いエネルギーで駆動できるステッ
プアングルには低い実効電力の駆動パルスを用いること
ができ、ステップモータを駆動するために消費される電
力を軽減することができる。発明者らの測定結果による
と、上述した計時装置において、第１のステップアング
ルに対する駆動パルスと、第２のステップアングルに対
する駆動パルスを個別に取り扱うことによって、これら
のステップアングル全体に対し駆動パルスを共通に扱っ
た場合より５％程度の電力を削減できることが判った。
この測定結果は、精度の高い計時装置用のステップモー
タに本発明を適用した場合の効果であり、アクチュエー
タなどに用いられるステップモータに本発明を適用する
ことにより、さらに大幅な省電力化を期待できる。

【００３９】なお、上記の例では、計時装置に好適な２
相のステップモータを例に本発明を説明しているが、３
相以上のステップモータに対しても本発明を同様に適用
できることはもちろんである。３相以上のステップモー
タに対し、各ステップアングルに対し最適な実効電力の
駆動パルスを設定できるようにしても良いし、あるい
は、各相をグループ化してそれぞれのグループに対し最
適な実効電力の駆動パルスを設定しても良いことは上述
した通りである。また、ステップモータの駆動方式は、
１相励磁に限らず、２相励磁あるいは１−２相励磁であ
っても、所定の位置から次の位置に回転する駆動パルス
に対し本発明を適用することによってモータを駆動する
ための消費電力を低減できる。さらに、本発明の制御方
法および制御装置によって制御されるステップモータは
ＰＭタイプに限定されないことはもちろんであり、ＶＲ
型あるいはハイブリッド型などのステップモータに対し
ても本発明を適用できる。

【００４０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、ステ
ップモータに供給される駆動パルスの実効電力を、ステ
ップモータの回転位置毎に設定できるようにして、それ
ぞれの回転位置に適した最小限の実効電力の駆動パルス
によってステップモータを駆動できるようにしている。
従って、本発明により、ステップモータを駆動するため
に消費される電力を最小限に止めることができ、近年、
小型化、多機能化している携帯型機器に好適なステップ
モータの制御方法および制御装置を提供できる。例え
ば、電子腕時計などの携帯型機器においては、多機能化
によって消費電力が増加し、その一方で、小型化および
太陽電池などの発電装置を内蔵することによって電池の
交換をなくせるようにしている。本発明の制御方法およ
び制御装置を適用することによって、発電量の少ない電
源を用いた装置であっても低消費電力で計時を確実に行
うことが可能なので、上記のような電子腕時計などに搭
載された多様な機能を有効に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置を格納した計時装置の概略構
成を示す図である。

【図２】図１に示した制御装置の制御フローを示すフロ
ーチャートである。

【図３】図１に示した制御装置からステップモータに供
給される駆動パルスが変化する様子を示すタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１・・計時装置１０・・ステップモータ１１・・駆動コイル１２・・ステータ１３・・ロータ２０・・制御装置２１・・水晶振動子２２・・発振回路２３・・分周回路２５・・波形合成回路２６・・設定回路３０・・制御回路３１・・駆動回路３９・・回転・非回転の検出回路５０・・輪列６１・・秒針６２・・分針６３・・時針

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｐ 8/02 Ｈ０２Ｐ 8/00 ３０５Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石からなるロータと、磁力を発生
する駆動コイルと、前記駆動コイルによって励磁される
ステータとを有するステップモータの制御方法におい
て、前記ロータを第１の位置から回転させるために、第
１の実効電力を備えた駆動パルスを供給し、前記第１の
実効電力を備えた駆動パルスを供給したときの前記ロー
タの回転・非回転によって前記第１の実効電力を減少・
増加するステップと、前記ロータを第２の位置から回転
させるために、第２の実効電力を備えた駆動パルスを供
給し、前記第２の実効電力を備えた前記駆動パルスを供
給したときの前記ロータの回転・非回転によって前記第
２の実効電力を減少・増加するステップと、前記第１の
実効電力を備えた駆動パルスによって前記ロータが回転
することを所定の回数だけ確認した後に前記第１の実効
電力を減少し、前記第２の実効電力を備えた駆動パルス
によって前記ロータが回転することを所定の回数だけ確
認した後に前記第２の実効電力を減少することを特徴と
するステップモータの制御方法。
【請求項２】永久磁石からなるロータと、磁力を発生
する駆動コイルと、前記駆動コイルによって励磁される
ステータとを有するステップモータの制御装置におい
て、前記ステップモータに駆動パルスを供給する駆動
手段と、前記ロータを第１の位置から回転するときに、
第１の実効電力を備えた駆動パルスを生成する第１のパ
ルス信号を出力する第１のパルス出力手段と、前記ロー
タを第２の位置から回転するときに、第２の実効電力を
備えた駆動パルスを生成する第２のパルス信号を出力す
る第２のパルス出力手段と、前記第１の実効電力を備え
た駆動パルスを供給したときの前記ロータの回転・非回
転によって前記第１の実効電力を減少・増加し、前記第
２の実効電力を備えた駆動パルスを供給したときの前記
ロータの回転・非回転によって前記第２の実効電力を減
少・増加する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記
第１および第２の実効電力を備えた駆動パルスによって
前記ロータが回転することを前記第１および第２の実効
電力毎に所定回数だけ確認した後に前記第１および第２
の実効電力をそれぞれ減少することを特徴とするステッ
プモータの制御装置。
【請求項３】請求項２において、パルス幅の異なる複
数の信号を出力可能なパルス信号生成手段を有し、前記
第１および第２のパルス出力手段は、前記第１および第
２の実効電力の増減によって前記パルス信号生成手段か
らパルス幅の異なる前記第１および第２のパルス信号を
それぞれ選択して出力することを特徴とするステップモ
ータの制御装置。
【請求項４】永久磁石からなるロータと、磁力を発生
する駆動コイルと、前記駆動コイルによって励磁される
ステータとを有するステップモータに駆動パルスを供給
して時計針を運針する駆動手段と、一定の時間間隔で時
間信号を出力する基準信号発生手段と、第１の前記時間
信号により前記ステップモータに第１の実効電力を備え
た駆動パルスを供給する第１のパルス信号を出力する第
１のパルス出力手段と、第２の前記時間信号により前記
ステップモータに第２の実効電力を備えた駆動パルスを
供給する第２のパルス信号を出力する第２のパルス出力
手段と、前記第１の実効電力を備えた駆動パルスを供給
したときの前記ロータの回転・非回転によって前記第１
の実効電力を減少・増加し、前記第２の実効電力を備え
た駆動パルスを供給したときの前記ロータの回転・非回
転によって前記第２の実効電力を減少・増加する制御手
段とを有すること特徴とする計時装置。
【請求項５】請求項４において、前記制御手段は、前
記第１および第２の実効電力を備えた前記駆動パルスに
よって前記ロータが回転することを前記第１および第２
の実効電力毎に所定の回数だけ確認した後に前記第１お
よび第２の実効電力をそれぞれ減少することを特徴とす
る計時装置。
【請求項６】請求項４または請求項５において、前記
ロータの回転方向を規定するために、前記ステータ内周
には、内ノッチが設けられていることを特徴とする計時
装置。
【請求項７】請求項６において、前記ステータには、
磁気飽和部が設けられていることを特徴とする計時装
置。