JP2008228559A - ステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】補正駆動パルスを極力使用しないようにして省電力化を図ること。
【解決手段】ステッピングモータを主駆動パルスＰ１によって回転駆動したとき、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を、第１時間範囲Ｔ１において検出した場合にはエネルギの小さい主駆動パルスＰ１に変更し、第２時間範囲Ｔ２において検出した場合には主駆動パルスＰ１ｎは変更せず、第３時間範囲Ｔ３において検出した場合にはエネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出時間ＤＴにおいて検出されなかった場合には、補正駆動パルスＰ２によって強制回転駆動した後、エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更してステッピングモータを回転駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計に関する。

従来から、ロータ収容孔及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、コイルとを有し、前記コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにしたステッピングモータがアナログ電子時計等に使用されている。

前記ステッピングモータの駆動方式として、ステッピングモータを主駆動パルスによって駆動した際に、前記ステッピングモータに生じる誘起電圧に基づいた回転検出信号を検出することによって回転したか否かを検出し、回転したか否かに応じて、パルス幅の異なる主駆動パルスに変更して駆動する、あるいは、主駆動パルスよりもパルス幅の大きい補正駆動パルスによって強制的に回転させる補正駆動方式が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２では、前記ステッピングモータの回転を検出する際に、回転検出信号の検出に加え、検出時刻を基準時間と比較判別する手段を設け、主駆動パルスＰ１１でステッピングモータを回転駆動した後、回転検出信号が所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを下回ると補正駆動パルスＰ２を出力し、次の主駆動パルスＰ１は前記主駆動パルスＰ１１よりエネルギの大きい主駆動パルスＰ１２に変更し、主駆動パルスＰ１２で回転したときの検出時刻が基準時間より早いと、主駆動パルスＰ１２から主駆動パルスＰ１１に変更することによって、駆動時の負荷に応じた主駆動パルスＰ１で回転し、消費電流を低減している。

しかしながら、前記特許文献２記載の発明においては、量産ばらつきで、ロータの偏心や、ロータ回転中心とステータ穴中心のずれが大きいと、駆動コイルの第１端子ＯＵＴ１と第２端子ＯＵＴ２に対応する、ロータ極性のディテントトルク（初期位置に保持させるトルク）の一方が高く、もう一方が低くなる。

この場合、（ａ）主駆動パルスＰ１１がディテントトルクの高いほうの極性に出力されると、駆動力不足となってしまい、回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを下回るため補正駆動パルスＰ２を出力し、主駆動パルスＰ１１から主駆動パルスＰ１２に変更する。（ｂ）次の主駆動パルスＰ１２はディテントトルクの低いほうの極性に出力されるため、駆動力が余ってしまい、検出時刻が基準時間より早くなり、主駆動パルスＰ１２を主駆動パルスＰ１１に変更する。従って、前記（ａ）と（ｂ）が繰り返されて、一方は常時主駆動パルスＰ１１と補正駆動パルスＰ２によって駆動する電流を消費してしまい、もう一方も本来は主駆動パルスＰ１１によって駆動する電流ですむはずが、主駆動パルスＰ１２を出す分だけ余計な電流も消費してしまうという問題がある。

特公昭６１−１５３８５号公報（第２頁左欄第３６行〜同頁右欄第３３行、第４図） ＷＯ２００５／１１９３７７号公報（段落［００３２］〜［０１００］、図１〜図８）

本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、補正駆動パルスを極力使用しないようにして省電力化を図ることを課題としている。

本発明によれば、時刻針を駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転によって生じる誘起電圧に相当する回転検出信号が所定の検出時間内において所定の基準しきい電圧を超えたときに前記ステッピングモータが回転したと検出する回転検出手段と、前記回転検出手段による検出結果に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルスのいずれか又は前記各主駆動パルスよりもエネルギの大きい補正駆動パルスによって前記ステッピングモータを駆動する制御手段とを備えて成り、前記検出時間を、第１時間範囲、前記第１時間範囲よりも後の第２時間範囲及び前記第２時間範囲よりも後の第３時間範囲に区分し、前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第３時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスよりエネルギの大きい主駆動パルスに変更することを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。
制御手段は、いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと回転検出手段が検出した場合において、所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を第３時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスよりエネルギの大きい主駆動パルスに変更する。

ここで、前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第１時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスよりエネルギの小さい主駆動パルスに変更するように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第２時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスを変更しないように構成してもよい。

また、前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転しなかったと前記回転検出手段が検出した場合に、前記補正駆動パルスによって駆動した後、前記主駆動パルスよりエネルギの大きい主駆動パルスに変更するように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転しなかったと前記回転検出手段が検出した場合に、前記補正駆動パルスによって駆動した後、前記主駆動パルスが最大のエネルギであった場合には前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスに変更するように構成してもよい。

また、前記制御手段は、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を検出した時間範囲の判定を、最初に検出した前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号によって行うように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を検出した時間範囲の判定を、前記検出時間において最後に検出した前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号によって行うように構成してもよい。

また、本発明によれば、時刻針をステッピングモータの駆動力によって回転駆動するアナログ電子時計において、前記ステッピングモータの制御回路として、前記いずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計が提供される。

本発明に係るモータ制御回路によれば、補正駆動パルスを極力使用しないようにして省電力化を図ることが可能になる。
また、本発明に係るアナログ電子時計によれば、補正駆動パルスを極力使用しないよう
にして省電力化を図ることが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図で、アナログ電子腕時計の例を示している。
図１において、アナログ電子時計は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０１、発振回路１０１で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０２、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路１０３、制御回路１０３からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用の駆動パルスを選択し出力する駆動パルス選択回路１０４、駆動パルス選択回路１０４からの駆動パルスによって回転駆動されるステッピングモータ１０５、ステッピングモータ１０５によって回転駆動され時刻を表示するための時刻針（図１の例では時針１０７、分針１０８、秒針１０９の３種類）を有するアナログ表示部１０６、ステッピングモータ１０５から回転状況を表す回転検出信号を所定の検出時間において検出する回転検出回路１１０、前記検出時間内に設けられた複数の基準時刻（例えばステッピングモータ１０５に対する駆動パルス供給開始時、あるいは駆動パルス供給終了時から所定の時刻）とステッピングモータ１０５が回転したことを示す回転検出信号を回転検出回路１１０が検出する時刻とを比較して両者の大小関係を判別する検出時刻判別回路１１１を有している。

回転検出回路１１０は、前記特許文献１に記載された回転検出回路と同様の構成のものであり、ステッピングモータ１０５が回転した場合には所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを越える回転検出信号を検出し、モータ１０５が回転しなかった場合には回転検出信号は基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを越えないように基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐは設定されている。

尚、発振回路１０１及び分周回路１０２は信号発生手段を構成し、アナログ表示部１０６は時刻表示手段を構成している。回転検出回路１１０は回転検出手段を構成し、制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４、回転検出回路１１０及び検出時刻判別回路１１１はステッピングモータ制御手段を構成している。

図２は、本発明の実施の形態に使用するステッピングモータ１０５の構成図で、アナログ電子時計で一般に用いられている時計用ステッピングモータの例を示している。
図２において、ステッピングモータ１０５は、ロータ収容用貫通孔２０３を有するステータ２０１、ロータ収容用貫通孔２０３に回転可能に配設されたロータ２０２、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。

ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。磁性材料によって形成されたステータ２０１の外端部には、ロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に複数（本実施の形態では２個）の切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７が設けられている。各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間には可飽和部２１０、２１１が設けられている。

可飽和部２１０、２１１は、ロータ２０２の磁束によっては磁気飽和せず、コイル２０９が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数（本実施の形態では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。
切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２の停止位置を決めるための位置決め部を構成している。コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸Ａが、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置に安定して停止している。

いま、駆動パルス選択回路１０４から矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の矢印方向に１８０度回転し、安定的に停止する。

次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が先ず飽和し、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転し、安定的に停止する。

以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができるように構成されている。尚、本実施の形態では、駆動パルスとして、後述するように、相互にエネルギの異なる複数の主駆動パルスＰ１１〜Ｐ１ｎ及び補正駆動パルスＰ２を用いている。

図３は、本実施の形態において使用するランクｎの主駆動パルスＰ１ｎによってステッピングモータ１０５を駆動した場合のタイミング図である。
図３には、主駆動パルスＰ１ｎによってステッピングモータ１０５を駆動した場合の例を３つ（ケース（ＣＡＳＥ）１〜ケース（ＣＡＳＥ）３）あげており、いずれの例もステッピングモータが回転した場合を示している。

図３において、Ｖｃｏｍｐはステッピングモータ１０５で発生する誘起電圧に基づいた回転検出信号と比較することによって回転したか否かを検出する電圧基準である基準しきい電圧であり、ステッピングモータ１０５が回転した場合には回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超え、回転しない場合には回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えないように基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐは設定されている。

また、ｔは基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を検出した時刻、ＩＴは回転検出信号を検出しない時間であるマスク時間、ＤＴは回転検出信号を検出するための時間である検出時間、検出時間ＤＴ内に設けられたＴｍｉｎ、Ｔｍａｘは各々第１基準時刻、第２基準時刻である。また、検出時間ＤＴの開始時刻から第１基準時刻Ｔｍｉｎまでを
第１時間範囲Ｔ１、第１基準時刻Ｔｍｉｎから第２基準時刻Ｔｍａｘまでを第２時間範囲Ｔ２、第２基準時刻Ｔｍａｘから検出時間ＤＴの終了時までを第３時間範囲Ｔ３としている。

このように、検出時間ＤＴを、第１時間範囲Ｔ１、第１時間範囲Ｔ１よりも後の第２時間範囲Ｔ２及び第２時間範囲Ｔ２よりも後の第３時間範囲Ｔ３の３つに区分している。
尚、時間範囲Ｔ１〜Ｔ３の設定方法としては、検出時間ＤＴ内に第１基準時刻Ｔｍｉｎと第２基準時刻Ｔｍａｘを所定の基準によって設定することにより、第１時間範囲Ｔ１〜第３時間範囲Ｔ３を設定するようにしてもよい。また、時刻ｔを所定回数分積算して平均することによって平均時刻Ｔを算出し、所定時間Δｔを適宜選定して、Ｔｍｉｎ＝（Ｔ−Δｔ）、Ｔｍａｘ＝（Ｔ＋Δｔ）として、時間範囲Ｔ１〜Ｔ３を設定するようにしてもよい。

詳細は後述するが、本実施の形態では、モータ１０５の負荷の大きさに比べて主駆動パルスＰ１のエネルギが大きい場合には、ステッピングモータ１０５が速く回転するため、ステッピングモータ１０５が回転したことを表す回転検出信号、即ち、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が早い時刻に発生し、ステッピングモータ１０５の負荷の大きさに比べて主駆動パルスＰ１のエネルギが小さい場合には、ステッピングモータ１０５が緩やかに回転するため、ステッピングモータ１０５が回転したことを表す回転検出信号が遅い時刻に発生し、モータ１０５の負荷の大きさに比べて主駆動パルスＰ１のエネルギが小さすぎる場合には、モータ１０５が回転しないため、回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えないことに着目して成されたものである。

本実施の形態では、モータ１０５が回転したことを示す回転検出信号が、第３時間範囲Ｔ３において検出された場合には主駆動パルスＰ１をエネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更（ランクアップ）し、第１時間範囲Ｔ１において検出された場合には主駆動パルスＰ１をエネルギの小さい主駆動パルスＰ１に変更（ランクダウン）し、第２時間範囲において検出された場合には主駆動パルスＰ１のランクは変更しないようにしている。

図４は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を示すフローチャートであり、主として制御回路１０３の処理を示すフローチャートである。
図４において、主駆動パルスＰ１ｎのランクｎは最小値１から最大値ｎmaxまで複数のラ
ンクを持ち、ｎの値が大きいほどパルスのエネルギが大きく（本実施の形態では矩形波のパルス幅が長く）構成されている。また、補正駆動パルスＰ２は最大のエネルギを持つ主駆動パルスＰ１ｎmaxよりもエネルギが大きく（パルス幅が長く）構成されている。即ち、各駆動パルスＰ１１、Ｐ１ｎ、Ｐ１ｎｍａｘ、Ｐ２は、各パルス幅がＰ１１＜Ｐ１ｎ＜Ｐ１ｎmax＜Ｐ２となるように構成されている。なお、主駆動パルスＰ１ｎを櫛歯形状のチョッ
ピング波形とし、チョッピングの本数やＤｕｔｙを増やすことで、ｎの値が大きいほどパルスのエネルギが大きくなるように構成してもよい。

図５は、本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計の動作を示すタイミング図である。
以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を詳細に説明する。
図１において、発振回路１０１は所定周波数の基準クロック信号を発生し、分周回路１０２は発振回路１０１で発生した前記信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生し、制御回路１０３に出力する。
制御回路１０３は、前記時間信号を計数して計時動作を行い、先ず主駆動パルスＰ１ｎのランクｎを１にして（図４のステップＳ４０１）、最小パルス幅の主駆動パルスＰ１１でステッピングモータ１０５を回転駆動するように制御信号を出力する（ステップＳ４０２）。

駆動パルス選択回路１０４は、制御回路１０３からの制御信号に応答して、主駆動パルスＰ１１によってステッピングモータ１０５を回転駆動する。ステッピングモータ１０５は主駆動パルスＰ１１によって回転駆動されて、時刻針１０７〜１０９を回転駆動する。これにより、ステッピングモータ１０５が正常に回転した場合には、表示部１０６では、時刻針１０７〜１０９によって現在時刻が随時表示される。

回転検出回路１１０は、ステッピングモータ１０５で発生する誘起電圧に基づいた回転検出信号と所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐとを比較して（ステップＳ４０３）、前記回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えていないと検出すると、即ち、ステッピングモータ１０５が回転していないと検出すると、図５（ｂ−１）に示すように、制御回路１０３は補正駆動パルスＰ２を出力するように駆動パルス選択回路１０４に制御信号を出力する（ステップＳ４０８）。駆動パルス選択回路１０４は、前記制御信号に応答して、補正駆動パルスＰ２によってステッピングモータ１０５を強制的に回転駆動する。

制御回路１０３は、処理ステップＳ４０８の後、前記主駆動パルスＰ１のランクｎがランクの最大値ｎmaxより小さい（ｎ＜ｎmax）場合には、前記主駆動パルスＰ１ｎをＰ１（ｎ＋１）に１ランクアップし、一方、制御回路１０３は、処理ステップＳ４０８の後、前記主駆動パルスＰ１のランクｎが既に最大のランクｎmaxになっている（ｎ＝ｎmax）場合には、前記主駆動パルスＰ１ｎをｎmaxよりもａランクだけエネルギの低い主駆動パルスＰ１（ｎ−ａ）にランクダウンする（ステップＳ４０９）。ここでａは１≦ａ≦ｎmax−１の範囲で任意に設定する定数である。

これにより、前記主駆動パルスＰ１のランクｎが最大ランクｎmaxより小さい場合には
、前記主駆動パルスＰ１ｎはＰ１（ｎ＋１）に１ランクアップされるため、次回の駆動時に、前回よりもエネルギの大きな主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）によって駆動することにより、ステッピングモータ１０５を回転駆動できる可能性がある。一方、前記主駆動パルスＰ１ｎのランクｎが最大ランクｎmax（主駆動パルスＰ１ｎmax）であった場合には、次の駆動時に同じ主駆動パルスＰ１ｎmaxによって駆動しても回転駆動できず、補正駆動
パルスＰ２によって駆動する可能性が極めて大である。したがって、主駆動パルスＰ１ｎmaxによる駆動は無駄な電流消費となるため、前記主駆動パルスＰ１が主駆動パルスＰ１
ｎmaxであった場合には、ｎmaxよりもａランクだけエネルギの低い主駆動パルスＰ１（ｎ−ａ）に変更して、無駄な電流消費を抑
制するようにしている。特に、ａ＝ｎmax−１に設定すれば、主駆動パルスＰ１（ｎ−ａ）＝Ｐ１１、すなわち、最小エネルギの主駆動パルスＰ１１に変更して、無駄な電流消費を最大限抑制することができる。

一方、処理ステップＳ４０３において、回転検出回路１１０が、前記回転検出信号と所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐとを比較して、前記回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えていると検出すると、即ち、ステッピングモータ１０５が回転していると検出すると、検出時刻判別回路１１１は、前記回転検出信号の検出時刻ｔが検出時間内のどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に入るのかを検出する（ステップＳ４０４）。

検出時刻判別回路１１１が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を第２時間範囲Ｔ２において検出したときは（図３のケース１の場合）、図５（ａ）の通常駆動として示すように、制御回路１０３は前記主駆動パルスＰ１ｎのランクは変更しない（ステップＳ４０５）。即ち、本実施の形態では、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が第２時間範囲Ｔ２において検出されたときに、最適な主駆動パルスによって駆動しているとしている。

検出時刻判別回路１１１が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を第１時間範囲Ｔ１において検出したときは（図３のケース２の場合）、図５（ｃ）のランクダウンとして示すように、制御回路１０３は、主駆動パルスＰ１のエネルギが最適値よりも大きいと判断して、前記主駆動パルスＰ１ｎのランクを１ランク下げて主駆動パルスＰ１（ｎ−１）に変更するように制御信号を駆動パルス選択回路１０４に出力して制御する（ステップＳ４０６）。

但し、ランクダウンを行うのは、主駆動パルスＰ１ｎのランクｎが２≦ｎ≦ｎmaxの範
囲にある場合であり、ランクｎが１の場合にはランクダウンできないため、ランクの変更は行わない（ｎ＝ｎ）。
変更後の主駆動パルスＰ１（ｎ−１）によってステッピングモータ１０５を駆動すると
、駆動エネルギが１ランクダウンしているため、回転検出信号の発生が遅れて、第２時間範囲Ｔ２において検出されるようになる（図５（ａ）参照）。これにより、適正なエネルギの主駆動パルスによって駆動されることになる。

検出時刻判別回路１１１が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を第３時間範囲Ｔ３において検出したときは（図３のケース３の場合）、図５（ｂ−２）のランクアップとして示すように、制御回路１０３は、主駆動パルスＰ１のエネルギが最適値よりも小さいと判断して、前記主駆動パルスＰ１ｎのランクを１ランク上げて主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）に変更する（ステップＳ４０７）。

但し、ランクアップを行うのは、主駆動パルスＰ１のランクｎがｎ＜ｎmaxの場合であ
り、ランクｎが最大ランクｎmaxの場合にはランクアップできないため、ランクの変更は
行わない（ｎ＝ｎ）。
変更後の主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）によってステッピングモータ１０５を駆動すると、駆動エネルギが１ランクアップしているため、回転検出信号の発生が早くなって、第２時間範囲Ｔ２において検出されるようになる（図５（ａ）参照）。これにより、適正な主駆動パルスによって駆動されることになる。

このように、ステッピングモータ１０５が回転した場合でも、回転検出信号の検出時刻が第３時間範囲の場合には、主駆動パルスＰ１のエネルギが小さく回転が遅いため、次も同じエネルギの主駆動パルスＰ１によって回転駆動した場合にステッピングモータ１０５を回転駆動できず、補正駆動パルスＰ２によって駆動せざるを得なくなる恐れがあるが、回転検出信号が第２時間範囲において発生するように早めにランクアップすることにより、補正駆動パルスＰ２を極力使用せずに駆動することが可能になる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、ステッピングモータ１０２を主駆動パルスＰ１によって回転駆動したとき、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が、第１時間範囲Ｔ１において検出された場合には主駆動パルスＰ１のランクを下げ、第２時間範囲Ｔ２において検出された場合には主駆動パルスＰ１のランクは変更せず、第３時間範囲Ｔ３において検出された場合には主駆動パルスＰ１のランクを上げ、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出時間ＤＴにおいて検出できなかった場合には、補正駆動パルスＰ２によって駆動した後、主駆動パルスＰ１のランクを上げるように構成している。

したがって、補正駆動パルスを極力使用しないようにして省電力化を図ることが可能になる。
また、端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の一方に、回転に適正なエネルギ以上の主駆動パルスＰ１を供給して余計な電流を消費してしまい、かつ、他方は前記主駆動パルスＰ１で非回転となって補正駆動パルスＰ２が出て余計な電流を消費する、というような事態の発生を抑制し、端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給する総消費電流を低減することができる。

尚、本実施の形態では、各主駆動パルスＰ１のエネルギを変えるために、パルス幅が異なるようにしたが、パルス電圧を変える等によっても、駆動エネルギを変えることが可能である。
また、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例として電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。

ところで、図６に示すように、ロータの偏心、電源電池の電圧低下、慣性モーメントの大きい秒針や分針の使用等によって、回転検出信号の検出時間が変化する。
即ち、図６においてロータ２０２の挙動によって誘起電圧が発生する様子を説明すると、（ｉ）ロータ２０２が回転して可飽和部２１０を通過すると（矢印ａ部）、ロータ２０２から磁心２０８を通るＸ軸上矢印方向の磁束が増え、これを妨げる方向（主駆動パルスＰ１生成用の電流ｉとは逆方向）に誘起電圧が発生する。（ｉｉ）ロータ２０２が内ノッチ２０５を超えて水平磁路（Ｘ軸）方向を過ぎると（矢印ｂ部）、ロータ２０２から磁心２０８を通る磁束が減るため、これを妨げる方向（電流ｉと同方向）に誘起電圧が発生する。つまり、（ｉ）とは逆方向に誘起電圧が発生する。（ｉｉｉ）ロータ２０２が初期角θｏから１８０度進んだ次の安定静止角θ１を過ぎて回転した後、θ１に戻ってくると（矢印ｃ部）、ロータ２０２から磁心２０８を通る磁束が増え、（ｉ）と同方向に誘起電圧が発生する。

（ｉ）の誘起電圧も、（ｉｉｉ）と同様に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐの方向に出力されるため、ロータ２０２が１８０度回転していないにも拘わらず、（ｉ）の誘起電圧が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えてしまうと、回転と誤判別してしまう。
そこで、前述したように、主駆動パルスＰ１出力後、回転検出信号を検出しないマスク時間ＩＴを設け、（ｉ）の回転検出信号がマスクされるようにマスク時間ＩＴの値を設定して、（ｉ）の回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超え、回転と誤判別してしまうのを防いでいる。

しかしながら、ロータ２０２の偏心等の影響により、ロータ２０２の挙動に応じて誘起電圧の発生時期が変化する、換言すれば、ロータ２０２の偏心、電源電池の電圧低下、慣性モーメントの大きい秒針や分針の使用等によって、ロータ２０２が回転したことを示す回転検出信号の発生時期が変化してしまう。
例えば、ロータの偏心等によってロータ２０２の回転が遅くなり、本来ならばマスク時間ＩＴ内で発生すべき誘起電圧が検出時間内に発生し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号として検出され、誤判定する恐れがある。その一方、低コスト化等のためには、簡単な回路構成によって回転検出信号の検出を行うことが必要になる。

図７及び図８は、本発明の実施の形態において、これらを満足する回転検出信号の検出方法の例を示す図であり、回転検出信号の検出時刻を判定する方法を示すタイミング図である。
以下、図７、図８に沿って、回転検出信号の検出時刻判定方法について説明する。
尚、図７及び図８は、図１〜図５で説明した実施の形態において、回転検出信号の検出時刻判定動作に関するものであり、ブロック図やその他の動作は前記実施の形態の通りである。

また、前述したように、ステッピングモータ１０５で発生する誘起電圧に基づいた回転検出信号と所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐとを比較して、前記回転検出信号が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かの検出は回転検出回路１１０が行い、回転検出信号の検出時刻ｔが検出時間ＤＴ内のどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に入るのかの検出は検出時刻判別回路１１１が行い、検出時刻判別回路１１１の検出に基づく駆動パルスＰ１、Ｐ２の変更制御は制御回路１０３が行い、制御回路１０３の駆動パルスＰ１、Ｐ２の変更制御に基づくステッピングモータ１０５の回転駆動は駆動パルス選択回路１０４が行う。

先ず図７の例は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を検出した時間範囲Ｔ１〜Ｔ３の判定を、最初に検出した基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号によって行うようにしている。即ち、検出時間ＤＴ内において、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えた最初の回転検出信号を検出した時刻を回転検出信号検出時刻と判定し、前記回転検出時刻がどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に属するかに応じて、駆動パルスを変更し又は変更しないようにしている。

図７（ａ）は通常駆動時のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず、第２時間範囲Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える最初の回転検出信号が検出される。この場合、主駆動パルスＰ１ｎは適正と判断して、主駆動パルスＰ１ｎは変更されない。

図７（ｂ−１）は主駆動パルスＰ１をランクアップする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず又、検出時間ＤＴにおいても基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出されない例である。この場合、一旦、補正駆動パルスＰ２によって駆動した後、主駆動パルスＰ１ｎを１ランクランクアップした主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）によって駆動する。これにより、第２時間範囲Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出されるようになり、適正な駆動となる。

図７（ｂ−２）も主駆動パルスＰ１をランクアップする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず、第３時間範囲Ｔ３において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される例である。この場合、補正駆動パルスＰ２による駆動は行わずに、主駆動パルスＰ１ｎを１ランクランクアップした主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）によって駆動する。これにより、第２時間範囲Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出されるようになり、適正な駆動となる。

図７（ｃ）は主駆動パルスＰ１をランクダウンする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、第１時間範囲Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される例である。この場合、主駆動パルスＰ１ｎを１ランクランクダウンした主駆動パルスＰ１（ｎ−１）によって駆動する。これにより、第２時間範囲Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出されるようになり、適正な駆動となる。

以上のように、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号がどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に属するかを決定する場合、最初に検出した基準しきい電圧を超える回転検出信号によって決定するようにしている。
したがって、ロータ２０２の偏心で一方のディテントトルクが増加、あるいは電池の駆動電圧の低下若しくは慣性モーメントの大きい秒針や分針の使用等の条件によって、ロータ２０２の駆動力が低下して回転速度が遅くなった場合でも、主駆動パルスＰ１でロータ２０２が回転できなくなってしまう前に、エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更し、安定駆動させることができる。
したがって、補正駆動パルスＰ２による駆動を抑制することにより、消費電力を低減できる。
また、最初の回転検出信号に基づいて回転検出時刻を判定しているので、回転検出信号を検出した後は検出動作を停止することができる上、複数の回転検出信号を検出して記憶する等の処理は不要になるため、回路構成を簡単にすることができる。

次に図８の例は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を検出した時間範囲の判定を、検出時間ＤＴにおいて最後に検出した基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号によって行うようにしている。
即ち、検出時間ＤＴ全体にわたって検出動作を行い、検出時間ＤＴ内において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える最後の回転検出信号を検出した時刻を回転検出信号検出時刻と判定し、前記回転検出時がどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に属するかに応じて、駆動パルスを変更し又は変更しないようにしている。

図８（ａ）は通常駆動時のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず、検出時間ＤＴにおいては第２時間範囲Ｔ２においてのみ基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される。
即ち、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第２時間範囲Ｔ２において検出される。この場合、回転検出信号の検出時は時間範囲Ｔ２であると判断し、主駆動パルスＰ１ｎは適正と判断して主駆動パルスＰ１ｎは変更しない。

図８（ｂ−１）は主駆動パルスＰ１をランクアップする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず又、検出時間ＤＴにおいても基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出されない例である。

この場合、一旦、補正駆動パルスＰ２によって駆動した後、主駆動パルスＰ１ｎを１ランクランクアップした主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）によって駆動する。これにより、検出時間ＤＴにおいて、第２時間範囲Ｔ２においてのみ基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される（即ち、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第２時間範囲Ｔ２において検出される）ようになり、適正な駆動となる。

図８（ｂ−２）も主駆動パルスＰ１をランクアップする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、マスク時間ＩＴ内で発生している回転検出信号は検出されず、検出時間ＤＴの第１時間範囲Ｔ１及び第３時間範囲Ｔ３において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される例である。
この場合、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第３時間範囲Ｔ３において検出される。この場合、回転検出信号の検出時は時間範囲Ｔ３であると判断し、主駆動パルスＰ１ｎはエネルギ不足と判断して主駆動パルスＰ１（ｎ＋１）にランクアップして駆動する。

これにより、検出時間ＤＴにおいて、第２時間範囲Ｔ２においてのみ基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される（即ち、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第２時間範囲Ｔ２において検出される）ようになり、適正な駆動となる。

図８（ｃ）は主駆動パルスＰ１をランクダウンする場合のタイミング図で、主駆動パルスＰ１ｎによって駆動すると、第１時間範囲Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される（即ち、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第１時間範囲Ｔ１において検出される）例である。

この場合、主駆動パルスＰ１ｎを１ランクダウンした主駆動パルスＰ１（ｎ−１）によって駆動する。これにより、第２時間範囲Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号が検出される（即ち、検出時間ＤＴにおいて最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号は第２時間範囲Ｔ２において検出される）ようになり、適正な駆動となる。

以上のように、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号がどの時間範囲Ｔ１〜Ｔ３に属するかを判定する際に、検出時間ＤＴ全体において最後に検出した基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号によって判定するようにしている。
したがって、図７の場合と同様に、ロータ２０２の偏心で一方のディテントトルクが増加、あるいは電池の駆動電圧の低下若しくは慣性モーメントの大きい秒針や分針の使用等の条件によって、ロータ２０２の駆動力が低下して回転速度が遅くなった場合でも、主駆動パルスＰ１でロータ２０２が回転できなくなってしまう前に、エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更し、安定駆動させることができる。
また、検出時間ＤＴ全体にわたって検出動作を行うため、より正確に回転検出時を判断することが可能になる。
特に、ロータの偏心等によってロータ２０２の回転が遅くなり、本来ならばマスク時間ＩＴ内で発生すべき誘起電圧が検出時間内に発生し、検出時間ＤＴの第１時間範囲Ｔ１内において、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号として検出された場合でも、主駆動パルスＰ１のエネルギが最適値よりも大きいと誤判定してしまうことなく、検出時間ＤＴ全体において最後に基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える回転検出信号を第３時間範囲Ｔ３において検出し、主駆動パルスＰ１でロータ２０２が回転できなくなってしまう前に、エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更し、安定駆動させることができる。
したがって、補正駆動パルスＰ２による駆動を抑制することにより、消費電力を低減できる。

本発明に係るステッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
また、本発明に係る電子時計は、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。

本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図である。 本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの構成図である。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の他の実施の形態に係るステッピングモータの動作を説明するための構成図である。 本発明の他の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の他の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１０１・・・信号発生手段を構成する発振回路
１０２・・・信号発生手段を構成する分周回路
１０３・・・制御手段を構成する制御回路
１０４・・・制御手段を構成する駆動パルス選択回路
１０５・・・ステッピングモータ
１０６・・・時刻表示手段を構成するアナログ表示部
１０７・・・時針
１０８・・・分針
１０９・・・秒針
１１０・・・回転検出手段及び制御手段を構成する回転検出回路
１１１・・・制御手段を構成する検出時刻判別回路
２０１・・・ステータ
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ収容用貫通孔
２０４、２０５・・・切り欠き部（内ノッチ）
２０６、２０７・・・切り欠き部（外ノッチ）
２０８・・・磁心
２０９・・・コイル
２１０、２１１・・・可飽和部
ＯＵＴ１・・・第１端子
ＯＵＴ２・・・第２端子

Claims (8)

1. ステッピングモータの回転によって発生する回転検出信号を検出し、前記回転検出信号が所定の検出時間内において所定の基準しきい電圧を超えたか否かによって、前記ステッピングモータが回転したか否かを検出する回転検出手段と、前記回転検出手段による検出結果に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルスのいずれか又は、前記各主駆動パルスよりもエネルギの大きい補正駆動パルスによって前記ステッピングモータを駆動する制御手段を備えて成り、
   前記検出時間を、第１時間範囲、前記第１時間範囲よりも後の第２時間範囲及び前記第２時間範囲よりも後の第３時間範囲に区分し、
   前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によって前記ステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第３時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい主駆動パルスに変更することを特徴とするステッピングモータ制御回路。
2. 前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第１時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスに変更することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御回路。
3. 前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転したと前記回転検出手段が検出した場合において、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を前記第２時間範囲において検出したときは、前記主駆動パルスを変更しないことを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ制御回路。
4. 前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転しなかったと前記回転検出手段が検出した場合に、前記補正駆動パルスによって駆動した後、前記主駆動パルスよりもエネルギの大きい主駆動パルスに変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のステッピングモータ制御回路。
5. 前記制御手段は、前記いずれかの主駆動パルスによる駆動によってステッピングモータが回転しなかったと前記回転検出手段が検出した場合に、前記補正駆動パルスによって駆動した後、前記主駆動パルスが最大のエネルギであった場合には前記主駆動パルスよりもエネルギの小さい主駆動パルスに変更することを特徴とする請求項４記載のステッピングモータ制御回路。
6. 前記制御手段は、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を検出した時間範囲の判定を、最初に検出した前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号によって行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
7. 前記制御手段は、前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号を検出した時間範囲の判定を、前記検出時間において最後に検出した前記所定の基準しきい電圧を超える回転検出信号によって行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
8. 前記ステッピングモータ制御回路として、請求項１乃至７のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計。

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