JP2002159199A - ステップモータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力消費を抑え、磁気的安定位置におけるロ
ータの自由振動を小さくするステップモータの制御方法
と制御装置を提供することにある。 【解決手段】 駆動パルスを駆動コイルに供給し、ロー
タを回転させる。無励磁でもロータが回転可能な約９０
度前後までロータが回転したときの励磁電流が落ち込ん
だ付近を特徴点として設定する。また、励磁電流から微
分波形を得て、その特徴的な変化から特徴点を特定す
る。そして、特徴点の検出時に駆動コイルへの電力供給
をカットし、電力消費を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時計等に使用され
ているステップモータの制御方法及び制御装置に関する
ものであり、特に、最小限の電力でステップモータを駆
動することにより電力の消費を低減するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、時計等の小型電子機器における
可動部の駆動に用いられるステップモータは、一定の時
間間隔で供給される電流からなる駆動パルスを駆動コイ
ルに印加して励磁することによりロータを回転させるよ
うに構成されている。

【０００３】近年、この種のステップモータが用いられ
ている時計等の小型電子機器においては、地球環境への
影響を考慮して、その電源として使用している電池の交
換サイクルを可能な限り延ばしたり、太陽電池あるいは
振動、熱による発電等の電力を用いて電池を使用せずに
ステップモータや回路を駆動することが普及しつつあ
る。このように、電池交換のサイクルを延ばしたり、電
池を使用せずにステップータ等を駆動するためには、特
にステップモータの駆動に係る消費電力を最小限に抑え
ることが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにステップ
モータの駆動に係る消費電力を削減すると言っても、時
刻を計時する時計等に使用するステップモータの場合、
常に確実にロータを回転させることが必要である。この
ため、駆動パルスは、最大負荷を見込んで設定されてい
ることが多い。このように最大負荷を見込んで設定され
た駆動パルスの場合、高負荷時や電源としての電池の電
圧が低下したときにも確実にロータを回転させることが
できるが、その反面、低負荷時や電池電圧が高いとき
（電池の初期）には、無駄に電力を消費することになっ
てしまうという課題があった。

【０００５】また、過剰な駆動パルスの場合、磁気的安
定位置におけるロータの自由振動が大きくなって収まら
ず、秒針がステップ運針して停止するときのブレとして
現われることがあった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなさ
れたもので、ロータが回転する最小限のパルスを供給す
ることにより、電力消費を抑え、また磁気的安定位置に
おけるロータの自由振動を小さくすることを可能にした
ステップモータの制御方法と制御装置を提供するもので
ある。

【０００７】

【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、駆動コイルに駆動パルスを供給すること
によりロータを回転させるステップモータにおいて、前
記駆動コイルに流れる励磁電流の電流波形を検出し、検
出した電流波形から微分波形を得て、該微分波形から無
励磁でも前記ロータが回転する特徴点を検出し、前記特
徴点の検出時に前記励磁電流をカットして電力消費を低
減するものである。このステップモータの制御方法にお
いては、前記励磁電流を電圧信号に変換して電流波形を
得ると共に、該電圧信号からなる電流波形を微分して微
分波形を得ている。また、このステップモータの制御方
法においては、前記励磁電流を電圧信号に変換して電流
波形を得ると共に、一定の位相差に設定されたサンプリ
ングパルスＳ１，Ｓ２に応じて交互に前記電圧信号から
なる電流波形をサンプルホールドし、そのサンプルホー
ルドされた値の差の変化により微分波形を形成してい
る。

【０００８】また、本発明のステップモータの制御装置
は、駆動コイルに駆動パルスを供給することによりロー
タを回転させるステップモータにおいて、前記駆動コイ
ルに前記駆動パルスを供給するコイル駆動回路と、前記
駆動コイルに流れる励磁電流の電流波形を検出する電流
波形検出回路と、該電流波形検出手段が検出した電流波
形から微分波形を得る微分波形形成手段と、前記微分波
形から無励磁でも前記ロータが回転する特徴点を検出す
る特徴点検出手段と、前記特徴点の検出に対応して前記
コイル駆動回路から前記駆動コイルへの前記駆動パルス
の供給を停止させて前記励磁コイルの前記励磁電流をカ
ットする制御手段と、を有している。

【０００９】このステップモータの制御装置における前
記微分波形形成手段は、前記電流波形を微分して微分波
形を形成するカップリングコンデンサを有している。ま
た、このステップモータの制御装置における前記微分波
形形成手段は、前記電流波形を、一定の位相差に設定さ
れたサンプリングパルスＳ１，Ｓ２にそれぞれ応答して
第１及び第２の電圧信号として切換出力する切換回路
と、該切換回路が切換出力する第１及び第２の電圧信号
をそれぞれ保持する第１及び第２の保持回路と、該第１
及び第２の保持回路に保持された第１及び第２の電圧信
号の差を出力して微分波形を形成する電圧差出力回路
と、を有している。

【００１０】このステップモータの制御装置における前
記特徴点検出手段は、前記微分波形がゼロとなるゼロク
ロス点を検出し、所定のゼロクロス点を前記特徴点とし
て検出するものとなっている。また、このステップモー
タの制御装置における前記特徴点検出手段は、前記微分
波形の負側ピーク点から最初のゼロクロス点を前記特徴
点とするものとなっている。

【００１１】このステップモータの制御装置における前
記特徴点検出手段は、前記微分波形の負側ピーク点から
一定時間後のタイムアップ点を前記特徴点とするものと
なっている。また、このステップモータの制御装置にお
ける前記特徴点検出手段は、前記微分波形が正から負又
は負から正に切り換わる回数をカウントし、設定された
数値と比較し、設定値に達した時点を前記特徴点とする
ものとなっている。更に、このステップモータの制御装
置における前記特徴点検出手段は、前記微分波形の２回
目のピーク点を検出し、その検出後の最初のゼロクロス
点を前記特徴点とするものとなっている。更にまた、こ
のステップモータの制御装置における前記特徴点検出手
段は、前記微分波形の２回目のピーク点から一定時間後
のタイムアップ点を前記特徴点とするものとなってい
る。

【００１２】このステップモータの制御装置における前
記微分波形検出手段、前記特徴点検出手段及び前記制御
手段は、マイクロコンピュータの機能により構成される
ものとなっている。

【００１３】また、本発明の計時装置は、指針と、該指
針を駆動する指針駆動機構と、駆動コイルに駆動パルス
が供給されるとロータが回転して前記指針駆動機構を駆
動するステップモータと、を有し、上記ステップモータ
の制御装置により前記ステップモータを制御するものと
なっている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のステップモータの制御方
法においては、ロータを駆動するときに駆動コイルに流
れる励磁電流の電流波形を取り出し、この電流波形から
その変化を示す微分波形を得ている。また、この微分波
形からロータが無励磁状態でも回転する角度まで回転し
ていることを検出し、その地点を特徴点と設定する。そ
して、この特徴点が検出されたときに、励磁電流をカッ
トして、無駄な電流の供給を防ぎ、電力消費を低減する
ものとなっている。

【００１５】即ち、上記制御方法は次のようなステップ
モータの動作に基づいて成されている。図１及び図２は
駆動パルスとロータの回転並びに駆動コイルに流れる励
磁電流とその微分波形を示す波形図であり、図３は時計
のムーブメント等に使用されている一般的なステップモ
ータの構成を示す説明図である。図３に示すように、ス
テップモータは、その駆動コイル２に駆動パルスを印加
することによりステータ４が励磁され、磁石等で構成さ
れたロータ６がステータ４の磁力によって１８０度回転
するものとなっている。

【００１６】図１に示す駆動パルスは、電源としての電
池電圧が１．５Ｖと十分高い値を保っている場合のパル
スであり、パルス幅は時計用ムーブメントに使用するも
のでは３１．２５ｍｓに設定されている。この駆動パル
スを駆動コイル２に供給すると、ロータ６には十分な回
転トルクが与えられて回転し、駆動パルス供給中のＡ点
において９０度回転し、駆動パルスの供給が停止する時
点では既に１３５度以上回転していることになる。尚、
ロータ６の回転に係る波形は、ロータ近傍に設置された
ホールセンサ８により検出したものを図示している。

【００１７】一方、図２に示す駆動パルスは、電池電圧
が１．１Ｖに低下している場合のパルスであり、パルス
幅は図１と同様に設定されている。この駆動パルスを駆
動コイル２に供給すると、電圧の低下によりロータ６の
回転トルクが低下し、駆動パルスの供給が停止する時点
でようやく９０度回転し、その後は、ロータ６のイナー
シャ（慣性）効果とコギングトルク（無励磁状態におけ
るトルク）によって残りの回転（９０度→１８０度）を
行うことになる。

【００１８】上記より、ロータ６が約９０度回転する
と、その後は無励磁であってもロータ６が回転すること
になる。従って、ロータ６が約９０度等の一定角度回転
した時点で、ステップモータへの電力供給をカットして
もロータ６の回転は停止せず、この状態でもロータ６を
回転させることができる。また、図２に示すように、電
池電圧が低下している場合には、駆動パルスのパルス幅
付近でようやく無励磁で回転可能な角度まで回転する
が、図１に示すように、電池電圧が十分高い場合には、
Ａ点で既に無励磁でも回転可能な角度に達することにな
るため、それ以降の電力供給は電力供給過剰（オーバー
ドライブ）状態となる。

【００１９】本発明においては、駆動パルスを駆動コイ
ルに供給し、ロータ６を回転させ、無励磁でもロータ６
が回転可能な約９０度前後までロータ６が回転すると、
駆動コイル２に発生する逆起電力により励磁電流が落ち
込んだ付近を特徴点として設定し、この特徴点の検出時
に駆動コイルへの電力供給をカットしている。これによ
り、オーバードライブ分の電力をカットすることがで
き、電力消費を抑えることが可能となる。

【００２０】上記本発明における特徴点の検出には、駆
動コイルに流れる励磁電流からその変化を示す微分波形
を得て、その特徴的な変化から特定している。これによ
り、無励磁でも回転可能な角度までロータが回転したこ
とを電気的に検出することが可能となる。

【００２１】本発明におけるステップモータの制御装置
は、上記のような制御方法に基づいて構成されている。
即ち、本発明の制御装置には、駆動コイルに流れる励磁
電流の電流波形を検出する電流波形検出回路と、その電
流波形から微分波形を得る微分波形形成手段と、微分波
形から特徴点を検出する特徴点検出手段と、を設けてい
る。そして、特徴点検出手段が特徴点を検出したとき
に、制御手段がコイル駆動回路から駆動コイルへの駆動
パルスの供給を停止させてオーバードライブ状態になる
ことを防ぎ、電力消費を削減している。

【００２２】

【実施例】以下、図面に基いて本発明の実施例を説明す
る。図４は本発明の一実施例に係るステップモータの制
御装置を含む計時装置の構成を示すブロック図である。

【００２３】１は一定間隔の基準信号を出力する基準信
号発生手段である。本実施例においては、水晶発振回路
３が出力する高周波数信号を電子回路又はＣＰＵ等の一
機能からなる計時手段５が入力して時刻を計時する１Ｈ
ｚの計時信号を出力するものとなっている。

【００２４】７はステップモータであり、図３に示すよ
うに、駆動コイル１０とステータ９とロータ１１とから
構成されており、この駆動コイル１０に駆動パルスが供
給されると、ステータ９を励磁してロータ１１を回転さ
せることになる。

【００２５】１３は輪列からなる指針駆動機構、１５は
時針、分針、秒針からなる指針である。指針駆動機構１
３は、ロータ１１の回転を減速して秒針から順次、分
針、時針に回転を伝えて駆動するものとなっている。

【００２６】１２は駆動コイル１０に駆動パルスを供給
するコイル駆動回路である。このコイル駆動回路１２
は、後述する制御手段１４からの信号に基づいて駆動パ
ルスを出力するものであり、本実施例のような計時装置
の場合、１秒に１回、駆動パルスを出力する。

【００２７】１４は制御手段であり、基準信号発生手段
１からの基準信号に基づいてコイル駆動回路１２から駆
動パルスを出力させたり停止させる制御信号を出力する
ものである。

【００２８】１６は電流波形検出回路であり、駆動コイ
ル１０に駆動パルスが供給されることにより流れる電流
をコイル駆動回路１０から取り出すことでその電流波形
を得るものである。

【００２９】１８は微分波形形成手段であり、電流波形
検出回路１６により検出された電流波形からその微分波
形を得るものである。

【００３０】２０は特徴点検出手段であり、微分波形形
成手段１８が形成した微分波形における特定の変化を特
徴点として検出するものである。

【００３１】尚、本実施例においては、駆動パルスを駆
動コイル１０に供給してもロータが回転しない場合を想
定して、ロータの回転を検出するロータ検出回路２２
と、その検出結果に基づいてロータを回転させるための
補正パルスを駆動コイル１０に供給する補正パルス供給
回路２４を設けている。

【００３２】次に上記構成からなる本実施例の計時装置
における動作の概要を説明する。制御手段１４は、電子
回路あるいはＣＰＵの一機能からなるものであり、基準
信号発生手段１からの基準信号に基づいて所定のタイミ
ングで制御信号をコイル駆動回路１２に出力する。この
コイル駆動回路１２は、制御信号に基づいて駆動コイル
１０に駆動パルスを供給する。この駆動パルスにより駆
動コイル１０に流れる励磁電流は正逆方向に交互に流
れ、これによりステータ９が励磁されてロータ１１が１
８０度ずつ回転する。そして、このロータ１１の回転に
よって指針駆動機構１３が駆動され、これにより指針１
５が駆動される。

【００３３】上記のように、駆動パルスが駆動コイル１
０に供給されてロータが回転するときに、駆動コイル１
０に流れる励磁電流を電流波形検出回路１６が取り出
す。その励磁電流から得られる電流波形は、微分波形形
成手段１８にて微分波形に変換される。特徴点検出手段
２０は、その微分波形から無励磁でもイナーシャ効果と
コギングトルクによりロータが回転を続けて静的安定位
置まで回転することが可能な角度まで回転したことを検
出し、それを特徴点とする。この特徴点が検出される
と、制御手段１４はコイル駆動回路１２から駆動コイル
１０への駆動パルスの供給を停止させる。これにより、
駆動コイル１０に流れていた励磁電流がカットされ、ロ
ータは無励磁状態で回転することになる。

【００３４】尚、上記のように励磁電流がカットされた
ときに、ロータが停止したり静的安定位置まで回転しな
いと、ロータ回転検出回路２２がその状態を検出し、補
正パルス供給回路２４から補正パルスが駆動コイル１０
に供給され、これによりロータが回転する。このとき
に、制御手段１４にロータが回転しなかったことが伝え
られ、次回の駆動パルスの供給停止タイミングを延ばす
等の変更が加えられる。

【００３５】上記構成において、少なくとも制御手段１
４、微分波形形成手段１８及び特徴点検出手段２０は何
れも電子回路あるいはＣＰＵの機能で構成可能なものと
なっている。

【００３６】次に、上記計時装置における制御装置の各
部の構成及びその動作を詳細に説明する。図５及び図６
は電流波形検出回路１６の構成とその接続例を示す回路
図である。この電流波形検出回路１６は、本実施例にお
いては、電流検出抵抗２６で構成されている。この電流
検出抵抗２６は、図５に示すように、少なくともコイル
駆動回路１２を含む回路ブロック２８と電源３０の負側
との間に設けられているか、あるいは図６に示すよう
に、コイル駆動回路１２と電源３０の負側との間に設け
られている。

【００３７】図５に示す本実施例の回路ブロック２８に
は、コイル駆動回路１２と制御手段１４が組み込まれて
おり、電流検出抵抗２６は、駆動コイル１０に流れる励
磁電流を制御手段１４や回路ブロック２８に流れる電流
から電流ｉｓとして取り出している。

【００３８】また、図６に示す電流検出抵抗２６は、Ｐ
チャンネルＭＯＳＦＥＴ及びＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ
からなる切換回路３２，３４，３６，３８を組み合わせ
てなるものであり、制御手段１４からの制御信号に応じ
て切換回路３２，３４，３６，３８の状態を切り換えて
駆動コイル１０に電源３０から正逆両方向に交互に電流
供給を行うように動作するものとなっている。このコイ
ル駆動回路１２に接続された電流検出抵抗２６には、駆
動コイル１０に流れる励磁電流が電流ｉｓとして流れる
ことになる。

【００３９】上記電流検出抵抗２６の両端の電圧降下を
電圧Ｖｓを検出することで取り出すと、図７に示すよう
な励磁電流の電流波形を得ることができる。図７に示す
励磁電流の電流波形において、ロータが約９０度回転し
て無励磁でも回転可能な角度まで回転したときの波形上
のポイントは、１回目のピーク点の後に落ち込んだ部分
の底にある点Ｐの部分となる。本発明においては、この
点Ｐを検出する際に、点Ｐが微小時間において変化がゼ
ロとなることから、電流波形を微分し、微分波形がゼロ
基準線に交差するゼロクロスを検出している。

【００４０】次に、上記微分波形を形成する微分波形形
成手段１８の構成及び動作を図８乃至図１２に基づいて
説明する。図８は微分波形形成手段１８の一例を示す回
路図である。この微分波形形成手段１８は、電流検出抵
抗２６に加わる電圧Ｖｓを第１の差動増幅器４０と、そ
の出力側に設けられ電圧Ｖｓの変化を取り出して微分波
形を形成するカップリングコンデンサ４２と、その出力
を増幅する第２の差動増幅器４４と、から構成されてい
る。

【００４１】この微分波形形成手段１８が出力する電圧
Ｖ０１による微分波形は図９に示すようになる。即ち、
この微分波形ＤＷは、電圧Ｖｓによる電流波形ＣＷの変
化の状態を示すものであるため、変化がゼロとなる電流
波形ＣＷのピーク点に対応する部分がゼロ基準線と交差
するゼロクロス点となる。

【００４２】図１０は微分波形形成手段１８の他の例を
示す回路図である。この微分波形形成手段１８は、電流
検出抵抗２６に加わる電圧Ｖｓを増幅する第１の差動増
幅器４６と、その出力側にそれぞれ接続されたトランス
ミッションゲートからなる第１及び第２の切換回路４
８，５０と、第１及び第２の切換回路４８，５０の出力
側にそれぞれ接続されたコンデンサからなる第１及び第
２の保持回路５２，５４と、第１及び第２の保持回路５
２，５４に接続されこの第１及び第２の保持回路５２，
５４の出力電圧の差を増幅出力する第２の差動増幅器か
らなる電圧差出力回路５６と、から構成されている。

【００４３】この微分波形形成手段１８においては、第
１及び第２の切換回路４８，５０に位相差がπラジアン
（１８０度）の第１及び第２のサンプリングパルスＳ
１，Ｓ２（図１１）がそれぞれ印加されており、第１の
差動増幅器４６からの信号を交互に切り換えて第１及び
第２の保持回路５２，５４に出力し、保持するものとな
っている。そして、電圧差出力回路５６にて第１及び第
２の保持回路５２，５４に保持された電圧の差を取って
電圧Ｖ０２として出力する。即ち、図１１に示すよう
に、第１及び第２のサンプリングパルスＳ１，Ｓ２に対
応して電流波形ＣＷが交互に分割され、第１及び第２の
保持回路５２，５４がその値を保持し、その差が電圧Ｖ
０２として順次出力される。このように電流波形ＣＷを
時分割して保持し、その差を順次算出すると、変化がゼ
ロとなる電流波形ＣＷのピーク点付近の差がゼロ又はゼ
ロに近似する値となる。このため、図１２に示すよう
に、第１及び第２のサンプリングパルスＳ１，Ｓ２の周
波数を高めたサンプリングパルスＳＳ１，ＳＳ２によっ
て、より細かく分割することにより、差の頂点がほう絡
線状の微分波形ＤＷを描くことになる。

【００４４】また、図１０に示す電圧差出力回路５６を
片電源に設定することで、図１３に示す微分波形ＤＷの
ように、正側のみ出力するように設定することもでき
る。

【００４５】次に、上記のような微分波形形成手段１８
により形成された微分波形ＤＷから特徴点検出手段２０
が特徴点を検出する動作を説明する。図１４は図８に示
す微分波形形成手段１８により形成された微分波形ＤＷ
１を示している。特徴点検出手段２０は、駆動パルスが
供給されてロータが回転するときに、無励磁でも回転を
続けて次の静的安定位置まで回転する角度まで回転した
時点を微分波形から検出する。即ち、上記のように回転
中のロータが無励磁でも回転する角度まで回転すると、
このときの電流検出抵抗２６にかかる電圧Ｖｓは、図７
に示す電流波形ＣＷ上の点Ｐとなる。この電流波形ＣＷ
上の点Ｐは、微分波形ＤＷ上では、図９に示す点Ｐ１と
なる。この点Ｐ１は、図１４に示すように、ゼロ基準線
と交差するゼロクロス点であると共に、負側のピーク点
から最初のゼロクロス点となっている。本実施例におけ
る特徴点検出手段２０は、上記のように、微分波形ＤＷ
１において、負側ピーク点から最初のゼロクロス点とな
る特徴から点Ｐ１を特徴点として検出している。

【００４６】また、本実施例においては、上記のように
点Ｐ１を特徴点として検出し、検出した時点であるいは
この時点を基準として設定した時点において励磁電流を
カットするように設定しているが、負荷の状態等により
点Ｐ１において励磁電流をカットするとロータが回転し
なくなる可能性もある。このような場合には、特徴点の
検出から励磁電流をカットするまでの時間を調整しても
良いが、特徴点の検出自体をより適正な時点にずらすこ
とも可能である。即ち、図１５に示すように、ゼロクロ
ス点Ｐ１を検出するのではなく、特徴点検出手段２０に
タイマー回路又はタイマー機能を設け、負側ピーク点か
ら一定時間Ｔ１経過したところにある点Ｐ１’を特徴点
と設定し、この点Ｐ１’の検出により励磁電流をカット
するように構成する。このように構成すれば、特徴点の
検出をタイマーに設定する時間で管理することができ、
その設定、変更を容易に行うことが可能となる。また、
点Ｐ１の検出と併せて点Ｐ１’の検出も行うことによ
り、点Ｐ１の検出ができない場合等に、時間の経過によ
って確実に検出される点Ｐ１’の時点で特徴点を検出し
たものとして励磁電流をカットするように構成すること
も可能となる。更に、電池等の電源供給電圧の検出結果
に基づいて、点Ｐ１’を検出するように設定して、電力
の無駄を省き、確実にロータを回転させるようにするこ
とも可能である。

【００４７】また、特徴点検出手段２０にカウンタ回路
又はカウンタ機能を設け、図１６に示すように、微分波
形ＤＷ１における正から負又は負から正に切り換わるポ
イントであるゼロクロス点の数をカウントし、例えばこ
の微分波形ＤＷ１においては２つ目のゼロクロス点を特
徴点（点Ｐ１）と設定することも可能である。

【００４８】一方、図１７は図１０に示す微分波形形成
手段１８により形成された微分波形ＤＷ２を示してい
る。この微分波形ＤＷ２における点Ｐ２は、図１２に示
すように、電流波形ＣＷにおける点Ｐに対応する特徴点
となっている。この点Ｐ２は、微分波形ＤＷ２における
２回目のピーク点から最初のゼロクロス点となってお
り、前述した点Ｐ１と同様に、この特徴から検出され
る。

【００４９】また、図１８に示すように、この微分波形
ＤＷ２においても、２回目のピーク点から一定時間Ｔ２
経過したところにある点Ｐ２’を特徴点と設定すること
が可能である。

【００５０】上記のように点Ｐ１，Ｐ１’，Ｐ２，Ｐ
２’が特徴点検出手段２０により検出されると、その検
出をトリガーとして制御手段１４はコイル駆動回路１２
からの駆動パルスの供給を停止させ、この結果、駆動コ
イル１０に流れる励磁電流がカットされ、ロータはイナ
ーシャ効果とコギングトルクによって回転することにな
る。従って、ロータがオーバードライブ状態になること
がなく、電力消費も削減することが可能となる。

【００５１】図１９は、図４に示す制御手段１４、微分
波形形成手段１８及び特徴点検出手段２０をマイクロコ
ンピュータで構成した場合の構成を示すブロック図であ
る。図１９に示すように、電流検出抵抗２６にかかる電
圧信号を増幅回路６０で増幅し、Ａ／Ｄ変換回路６２に
てＡ／Ｄ変換した後、マイクロコンピュータ６４に電圧
信号のデータが供給される。このマイクロコンピュータ
６４の機能は前述した制御手段１４、微分波形形成手段
１８及び特徴点検出手段２０と同一の機能を有してお
り、その動作の一例は図２０に示すフローチャートのよ
うになる。

【００５２】図２０において、電源が投入されると（ス
テップＳＴ１）、ロータ駆動のタイミングを計る１秒信
号の入力があるか判断する（ステップＳＴ２）。ここ
で、１秒信号の入力がないと信号が入力されるまでルー
プで待つが（ステップＳＴ３）、１秒信号の入力がある
と、その入力タイミングに合わせて駆動コイル１０に駆
動パルスを供給することで電力供給を行う（ステップＳ
Ｔ４）。次に、レジスタ等からなる第１及び第２の保持
部をリセットし（ステップＳＴ５）、サンプリング用の
タイマをセットする（ステップＳＴ６）。その後、タイ
マがタイムアップしたか否か判断し（ステップＳＴ
７）、タイムアップした場合にはその時に入力した電圧
を第１の保持部に保持させる（ステップＳＴ８）。そし
て、第１の保持部に保持した値と第２の保持部に保持し
た値との差を算出するが（ステップＳＴ９）、このとき
に第２の保持部に値が保持されていないか又は差がゼロ
にならない場合には、第１又は第２の保持部を切り換え
（ステップＳＴ１１）、再びサンプリングタイマのセッ
トをして、そのタイムアップ時に値を保持することを繰
り返す。その結果、第１及び第２の保持部に保持された
値の差がゼロになると、それが所定のゼロクロス点であ
るか判断する（ステップＳＴ１０）。このときのゼロク
ロス点の判断に関しては、前述した特徴点検出手段２０
による検出と同一の動作をすることにより特徴点を検出
することになる。そして、所定のゼロクロス点、即ち、
特徴点であると判断すると、駆動コイルに供給していた
電力の供給を停止して、励磁電流をカットする（ステッ
プＳＴ１２）。上記のように、制御手段１４、微分波形
形成手段１８及び特徴点検出手段２０に関しては、マイ
クロコンピュータを用いて構成することが可能である。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、駆動パルスの供給によ
り回転を始めたロータが無励磁でも回転を続ける角度ま
で回転したことを励磁電流の微分波形から検出し、その
時点で電力供給を停止しているので、最小限の電力供給
でロータを回転させることができ、電力消費を削減する
ことができる。

【００５４】また、従来、ロータが無励磁でも回転する
角度まで回転しているにもかかわらず、電力供給が一定
時間行われていたため、オーバードライブ状態になり、
ロータの自由振動が大きくなって、秒針のブレとして現
われることがあったが、本発明においては、ロータがオ
ーバードライブ状態になることがないため、ロータの自
由振動が小さくなり、秒針のブレを抑えることができ
る。

【００５５】更に、励磁電流をカットする基点となる特
徴点の検出を、電流波形の微分波形に基づいて検出して
いるので、その変化の状態から特徴点を正確且つ電気的
に検出することができる。

【００５６】また、上記特徴点の設定及び検出の仕方に
より、電力消費を抑えつつステップモータの駆動状態を
適正な状態に保つことができるので、計時装置等、各種
装置に使用されているステップモータを各装置に最も適
した状態で駆動しながら消費電力を削減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池電圧が高い場合の駆動パルスとロータの回
転並びに駆動コイルに流れる励磁電流とその微分波形を
示す波形図である。

【図２】電池電圧が低下した場合の駆動パルスとロータ
の回転並びに駆動コイルに流れる励磁電流とその微分波
形を示す波形図である。

【図３】時計のムーブメント等に使用されている一般的
なステップモータの構成を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施例に係るステップモータの制御
装置を含む計時装置の構成を示すブロック図である。

【図５】電流波形検出回路の構成とその接続例を示す回
路図である。

【図６】電流波形検出回路の他の接続例を示す回路図で
ある。

【図７】図５及び図６に示す電流波形検出回路で取り出
した励磁電流の電流波形を示す波形図である。

【図８】微分波形形成手段の一例を示す回路図である。

【図９】図８に示す微分波形形成手段により形成された
微分波形を示す波形図である。

【図１０】微分波形形成手段の他の例を示す回路図であ
る。

【図１１】図１０に示す微分波形形成手段により形成さ
れる微分波形の概要を示す波形図である。

【図１２】図１０に示す微分波形形成手段により更に細
分化して形成した微分波形を示す波形図である。

【図１３】図１０に示す電圧差出力回路を片電源に設定
することで得られる微分波形を示す波形図である。

【図１４】図８に示す微分波形形成手段により形成され
た微分波形における特徴点を示す波形図である。

【図１５】図１４に示す微分波形における特徴点の他の
検出方法を示す波形図である。

【図１６】図１４に示す微分波形における特徴点のその
他の検出方法を示す波形図である。

【図１７】図１０に示す微分波形形成手段により形成さ
れた微分波形における特徴点を示す波形図である。

【図１８】図１７に示す微分波形における特徴点の他の
検出方法を示す波形図である。

【図１９】図４に示す制御手段、微分波形形成手段及び
特徴点検出手段をマイクロコンピュータで構成した場合
の構成を示すブロック図である。

【図２０】図１９に示す回路の動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

２，１０ 駆動コイル ４，９ ステータ ６，１１ ロータ １２ コイル駆動回路 １４ 制御手段 １６ 電流波形検出回路 １８ 微分波形形成手段 ２０ 特徴点検出手段 ２６ 電流検出抵抗 ２８ 回路ブロック ４２ カップリングコンデンサ ４８，５０ 第１及び第２の切換回路 ５２，５４ 第１及び第２の保持回路 ５６ 電圧差出力回路 ６２ Ａ／Ｄ変換回路 ６４ マイクロコンピュータ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動コイルに駆動パルスを供給すること
   によりロータを回転させるステップモータにおいて、 前記駆動コイルに流れる励磁電流の電流波形を検出し、 検出した電流波形から微分波形を得て、 該微分波形から無励磁でも前記ロータが回転する特徴点
   を検出し、 前記特徴点の検出時に前記励磁電流をカットして電力消
   費を低減することを特徴とするステップモータの制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記励磁電流を電圧信号に変換して電流
   波形を得ると共に、該電圧信号からなる電流波形を微分
   して微分波形を得ることを特徴とする請求項１記載のス
   テップモータの制御方法。
3. 【請求項３】 前記励磁電流を電圧信号に変換して電流
   波形を得ると共に、一定の位相差に設定されたサンプリ
   ングパルスＳ１，Ｓ２に応じて交互に前記電圧信号から
   なる電流波形をサンプルホールドし、そのサンプルホー
   ルドされた値の差の変化により微分波形を形成すること
   を特徴とする請求項１記載のステップモータの制御方
   法。
4. 【請求項４】 駆動コイルに駆動パルスを供給すること
   によりロータを回転させるステップモータにおいて、 前記駆動コイルに前記駆動パルスを供給するコイル駆動
   回路と、 前記駆動コイルに流れる励磁電流の電流波形を検出する
   電流波形検出回路と、 該電流波形検出手段が検出した電流波形から微分波形を
   得る微分波形形成手段と、 前記微分波形から無励磁でも前記ロータが回転する特徴
   点を検出する特徴点検出手段と、 前記特徴点の検出に対応して前記コイル駆動回路から前
   記駆動コイルへの前記駆動パルスの供給を停止させて前
   記励磁コイルの前記励磁電流をカットする制御手段と、 を有することを特徴とするステップモータの制御装置。
5. 【請求項５】 前記微分波形形成手段は、前記電流波形
   を微分して微分波形を形成するカップリングコンデンサ
   を有していることを特徴とする請求項４記載のステップ
   モータの制御装置。
6. 【請求項６】 前記微分波形形成手段は、 前記電流波形を、一定の位相差に設定されたサンプリン
   グパルスＳ１，Ｓ２にそれぞれ応答して第１及び第２の
   電圧信号として切換出力する切換回路と、 該切換回路が切換出力する第１及び第２の電圧信号をそ
   れぞれ保持する第１及び第２の保持回路と、 該第１及び第２の保持回路に保持された第１及び第２の
   電圧信号の差を出力して微分波形を形成する電圧差出力
   回路と、を有していることを特徴とする請求項４記載の
   ステップモータの制御装置。
7. 【請求項７】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形が
   ゼロとなるゼロクロス点を検出し、所定のゼロクロス点
   を前記特徴点として検出することを特徴とする請求項４
   乃至６のひとつに記載のステップモータの制御装置。
8. 【請求項８】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形の
   負側ピーク点から最初のゼロクロス点を前記特徴点とす
   ることを特徴とする請求項７記載のステップモータの制
   御装置。
9. 【請求項９】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形の
   負側ピーク点から一定時間後のタイムアップ点を前記特
   徴点とすることを特徴とする請求項４乃至６のひとつに
   記載のステップモータの制御装置。
10. 【請求項１０】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形
    が正から負又は負から正に切り換わる回数をカウント
    し、設定された数値と比較し、設定値に達した時点を前
    記特徴点とすることを特徴とする請求項７記載のステッ
    プモータの制御装置。
11. 【請求項１１】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形
    の２回目のピーク点を検出し、その検出後の最初のゼロ
    クロス点を前記特徴点とすることを特徴とする請求項７
    記載のステップモータの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記特徴点検出手段は、前記微分波形
    の２回目のピーク点から一定時間後のタイムアップ点を
    前記特徴点とすることを特徴とする請求項４乃至６のひ
    とつに記載のステップモータの制御装置。
13. 【請求項１３】 前記微分波形検出手段、前記特徴点検
    出手段及び前記制御手段は、マイクロコンピュータの機
    能により構成されることを特徴とする請求項４乃至１２
    のひとつに記載のステップモータの制御装置。
14. 【請求項１４】 指針と、 該指針を駆動する指針駆動機構と、 駆動コイルに駆動パルスが供給されるとロータが回転し
    て前記指針駆動機構を駆動するステップモータと、を有
    し、 請求項４乃至１３のひとつに記載のステップモータの制
    御装置により前記ステップモータを制御することを特徴
    とする計時装置。