JP2010028976A - モータ駆動装置、モータ駆動方法および電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧や周囲温度の変動に伴って、モータに発生する誘起信号の発生タイミングや発生周期がずれた場合でも、モータの回転と非回転の確実な検出を行えるようにすることである。
【解決手段】モータをステップ駆動し（Ｓ２）、チョッピングパルスによりモータから誘起信号を放出させてこの誘起信号を検出し（Ｓ３）、検出出力に基づいてモータが回転したか否かを判別し（Ｓ３）、モータが非回転と判別された場合にチョッピングパルスの出力パターンを変更し（Ｓ６）、チョッピングパルスのタイミング不整合により非回転と判別された場合に、チョッピングパターンの変更によりこの不整合を回復する。
【選択図】図７

Description

この発明は、モータのステップ駆動と当該モータの回転検出とを行うモータ駆動装置およびモータ駆動方法、ならびに、このモータ駆動装置を用いて指針を回転させる電子時計に関する。

例えば、電子時計のモータ駆動装置など、モータに一定周期で駆動パルスを出力してモータを間欠的にステップ駆動するものがある。

従来、このようなモータ駆動装置において、モータのステップ駆動後にモータコイルや回転検出用コイルに発生する誘起信号を検出することでモータの回転検出を行うことが行われている（たとえば特許文献１）。

また、例えばモータの回転検出用コイルに発生する誘起電圧をチョッパパルス（チョッピングパルスとも云う）により所定の検出タイミングに集中して放出させることで、微少な誘起信号を増幅して検出する技術も知られている（例えば特許文献２）。
特開２００６−２７１１９０号公報 特開平１１−１２７５９５号公報

モータのステップ駆動後に発生する誘起信号は、一定期間にわたって安定的な信号レベルで出力されるものではなく、ステップ駆動後のロータの振動に伴って信号レベルが大きくなったり小さくなったり振動する。従って、誘起信号が大きくなるタイミングにモータ端子から検出回路へ誘起信号を放出させた場合には、誘起信号を確実に検出することができる。一方、誘起信号を検出回路へ放出させるタイミングがずれると、信号レベルの低い誘起信号が検出回路へ送られて、誘起信号の確実な検出ができなくなる可能性がある。誘起信号の検出ができないと、モータが回転した場合でも非回転と誤判別される。

さらに、上記誘起信号が大きくなったり小さくなったり振動する位相タイミングや周期は一定のものでなく、モータの駆動電圧が変化したり、周囲温度が大きく変化した場合に、誘起信号の発生タイミングや周期にも変化が生じる。従って、例えば、モータを駆動する電池電圧が安定しているときや周囲温度が通常温度であるときには、大きな誘起信号を検出できるタイミングに誘起信号の放出タイミングが設定されていても、電池電圧が低くなったり満充電で高くなったとき、或いは、周囲温度が大きく変化した場合などに、誘起信号の振動パターンが変化して、誘起信号の放出タイミングと誘起信号の振動パターンとで不整合が生じることがある。不整合が生じると、設定された放出タイミンクにおいて、小さな誘起信号しか検出回路に送られず、モータが回転している場合でも非回転と誤判別される可能性が生じる。

また、モータに発生する誘起信号の発生タイミングや周期は、モータの駆動電圧や周囲温度の変化だけでなく、モータの駆動パルスのパルス幅、経年変化、誘起信号を検出回路に放出させるチョッピングパルスの出力パターンなど、種々の要因によっても同様に変化するものである。従って、誘起信号の放出タイミングが常に一定であると、誘起信号の発生タイミングや周期に変化が生じたときに、不整合が生じて、大きな誘起信号を検出回路に送ることができなくなる可能性がある。

ここで、誘起信号を増幅する検出抵抗の抵抗値を大きくするなどして、検出回路に送られる誘起信号の信号レベルを大きくする構成について考察する。

モータは、駆動信号を受けたのに非回転となった場合でも、ロータが少し振動して誘起信号が発生することがある。そのため、誘起信号によりモータの回転検出を行うには、モータが回転しなかった場合に発生する誘起信号と、モータが回転したときに発生する誘起信号とを区別する必要がある。一般に、モータが回転した場合の誘起信号の方が、回転しなかった場合の誘起信号よりも、誘起信号のピークレベルが高くなる。そこで、両者の信号レベルの中間にしきい値を設定し、このしきい値と検出した誘起信号の信号レベルとを比較して、誘起信号の信号レベルがしきい値より大きければ回転、しきい値より小さければ非回転と判別するのが通常である。

そのため、上記のように検出抵抗の抵抗値を大きくして誘起信号の信号レベルを大きくする構成では、回転時の誘起信号と同様に、非回転時の誘起信号も大きくなってしまうので、回転と非回転を区別する上で有効な手段にはならない。

次に、誘起信号と比較するしきい値を低くして、小さな誘起信号でも回転と判別することを可能とする構成について考察する。この構成では、非回転時の誘起信号がしきい値を超えてしまう可能性が生じ、実際には回転していなくても回転と誤判別される可能性が高くなってしまう。従って、この構成も回転と非回転を区別する上で有効な手段にはならない。

電子時計のモータ駆動装置などにおいては、駆動信号の出力後にモータが非回転と判別された場合、通常、その直後に駆動力の大きな補正駆動パルスを出力して、直前の非回転の駆動を補う制御が行われる。また、連続的に非回転と判別された場合、今までの駆動信号では確実な回転が得られなくなったと判断し、それ以降、駆動信号のパルス幅を通常のものより広げる制御が行われる場合もある。そのため、モータが回転しているのに非回転と判別されると、無駄な補正駆動パルスが出力されたり、無駄に駆動信号のパルス幅が広げられたりして、消費電力の無駄な増加を招く。

この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、電源電圧や周囲温度などの変動に伴って、モータに発生する誘起信号の発生タイミングまたは発生周期がずれた場合でも、モータの回転と非回転の確実な検出を行えるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
モータをステップ駆動する駆動手段と、
前記モータの誘起信号を検出する検出手段と、
この検出手段により検出される誘起信号を放出するためのタイミング信号に基づいて前記誘起信号を前記検出手段へ放出させる信号放出手段と、
前記検出手段の検出に基づいて前記モータが回転したか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段により前記モータが回転していないと判別された場合に前記タイミング信号の出力パターンを変更するパターン変更手段と、
を備えていることを特徴とするモータ駆動装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記パターン変更手段は、
前記タイミング信号の出力開始タイミングをずらすことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記パターン変更手段は、
前記タイミング信号の出力周期を変更することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記パターン変更手段は、
前記タイミング信号のデューティ比を変更することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記タイミング信号の出力パターンを表わす複数種類のパターンデータが格納された記憶手段と、
前記複数種類のパターンデータの何れかに基づいて前記タイミング信号を出力するタイミング制御手段と、
を備え、
前記パターン変更手段は、
前記タイミング制御手段が使用するパターンデータを前記複数種類のパターンデータの中から他のパターンデータに切り換える構成であることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記駆動手段は、１回の駆動信号の出力ごとに該駆動信号の極性を反転させる構成であることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載のモータ駆動装置において、
前記駆動手段は、前記判別手段によりモータが回転していないと判別された場合に、直前に出力した駆動信号と同一極性で、該駆動信号より駆動電力の大きな補正駆動信号を出力することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記駆動手段は、
モータの一方の端子に駆動電位を接続／遮断する第１スイッチ、および、この一方の端子に基準電位を接続／遮断する第２スイッチと、
前記モータの他方の端子に駆動電位を接続／遮断する第３スイッチ、および、この他方の端子に基準電位を接続／遮断する第４スイッチと、を備え、
前記検出手段は、
誘起電流を流して電圧に変換する検出抵抗と、
前記モータの一方の端子から前記検出抵抗へ誘起電流を出力／遮断する第５スイッチと、
前記モータの他方の端子から前記検出抵抗へ誘起電流を出力／遮断する第６スイッチと、を備え、
前記信号放出手段は、
前記第２スイッチと前記第４スイッチにより構成されていることを特徴としている。

請求項９記載の発明は、
モータをステップ駆動する駆動ステップと、
前記モータの誘起信号の検出を行う検出ステップと、
この検出ステップにより検出される誘起信号を放出するためのタイミング信号に基づいて前記誘起信号を放出させる信号放出ステップと、
前記検出ステップの検出に基づいて前記モータが回転したか否かを判別する判別ステップと、
該判別ステップで前記モータが回転していないと判別された場合に前記タイミング信号の出力パターンを変更するパターン変更ステップと、
を含むことを特徴とするモータ駆動方法である。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載のモータ駆動方法において、
前記パターン変更ステップは、
前記タイミング信号の出力開始タイミングをずらすか、前記タイミング信号の出力周期を変化させるか、或いは、前記タイミング信号のデューティ比を変化させるステップであることを特徴としている。

請求項１１記載の発明は、
請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ駆動装置と、
このモータ駆動装置内のモータの回転運動により回転して時刻を指し示す指針と、
を備えたことを特徴とする電子時計である。

本発明によれば、モータの回転／非回転の正確な判別を行うことが可能となる。

また、正確な回転／非回転の判別が可能となることで、例えば、無駄な補正駆動信号の出力や駆動信号のパルス幅を大きくするなど無駄な制御処理が省かれ、それにより、消費電力の低減が図られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電子時計の内部構成を示すブロック図である。

この実施形態の電子時計１は、時分針や秒針などの複数の指針を電気的に回転させて時刻を表示するアナログ表示部を有し、例えば、腕時計の時計本体となるものである。この電子時計１は、指針と連動する歯車を１ステップずつ回転駆動するモータ１１と、このモータ１１に駆動パルスを出力したりモータ１１に発生する誘起信号を所定のタイミングに集中して放出させたりする駆動手段および信号放出手段としてのモータ駆動＆誘起信号放出部１２と、誘起信号の検出を行う検出手段としての誘起信号検出部１３と、時刻の計時を行うための発振回路１４および分周回路１５と、機器の全体的な制御を行う制御部２０と、制御部２０のＣＰＵ（中央演算処理装置）により実行される制御プログラムや制御データが格納された記憶手段としてのＲＯＭ（Read Only Memory）２１と、ＣＰＵに作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）２２とを備えている。また、この電子時計１には、例えば文字盤上に配置されたソーラパネル１７と、ソーラパネル１７の出力電流を受けて二次電池に充電電流を供給する充電回路１８と、各部への電源供給を行う二次電池１９等が設けられている。

上記構成のうち、制御部２０、ＲＯＭ２１、モータ駆動＆誘起信号放出部１２、誘起信号検出部１３によりモータ駆動装置が構成される。また、制御部２０により、回転／非回転の判別を行う判別手段、チョッピングパルス（タイミング信号）の出力パターンを変更するパターン変更手段、並びに、パターンデータに基づいてチョッピングパルス（タイミング信号）を出力するタイミング制御手段が構成される。

モータ１１は、例えば、コイルの巻かれたステータと、ステータの磁力により回転可能にされた回転子としてのロータとを有し、ステータのコイルに極性の異なる駆動パルスが交互に供給されることで、ロータが例えば１８０°ずつステップ駆動する構成である。

図２には、モータ駆動＆誘起信号放出部１２と誘起信号検出部１３を詳細に表わした構成図を示す。

モータ駆動＆誘起信号放出部１２は、図２に示すように、モータ１１の一方の端子に駆動電圧Ｖを供給／遮断する第１スイッチＭ１と、この一方の端子に基準電位としてのグラウンド電位を接続／遮断する第２スイッチＭ２と、モータ１１の他方の端子に駆動電圧Ｖを供給／遮断する第３スイッチＭ３と、この他方の端子に基準電位としてのグラウンド電位を接続／遮断する第４スイッチＭ４とから構成される。特に制限されるものではないが、例えば、第１と第３スイッチＭ１，Ｍ３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴから構成され、第２と第４スイッチＭ２，Ｍ４はＮチャネルＭＯＳＦＥＴから構成される。

モータ駆動＆誘起信号放出部１２は、第１と第４スイッチＭ１，Ｍ４がオンされ、第２と第３スイッチＭ２，Ｍ３がオフされることで、モータ１１の両端子間に正極性の駆動電圧Ｖを供給し、逆に、第２と第３スイッチＭ２，Ｍ３がオンされ、第１と第４スイッチＭ１，Ｍ４がオフされることで、モータ１１の両端子間に逆極性の駆動電圧Ｖを供給する。そして、この正極性の駆動電圧Ｖと、逆極性の駆動電圧Ｖとが交互に且つ間欠的に供給されることで、モータ１１が１８０°ずつ間欠的にステップ駆動していくようになっている。これら第１〜第４スイッチＭ１〜Ｍ４によりモータ１１の駆動手段が構成されている。

また、モータ駆動＆誘起信号放出部１２は、第１と第３スイッチＭ１，Ｍ３がオフにされ、第２と第４スイッチＭ２，Ｍ４がオンされることで、モータコイルの電気エネルギーやロータの振動エネルギーを蓄積し、この状態で、第２スイッチＭ２または第４スイッチＭ４の何れかがオフすることで、モータに蓄積されたエネルギーに基づく誘起電流が誘起信号検出部１３へ放出されるようになっている。この第２と第４スイッチＭ２，Ｍ４の構成により誘起信号を放出する信号放出手段が構成される。

誘起信号検出部１３は、誘起電流を流して電圧に変換する検出抵抗Ｒと、モータ１１の一方の端子から検出抵抗Ｒに誘起電流を出力／遮断する第５スイッチ（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）Ｍ５と、モータの他方の端子から検出抵抗Ｒに誘起電流を出力／遮断する第６スイッチ（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）Ｍ６と、検出抵抗Ｒにより変換された誘起電圧としきい値電圧Ｖｔｈとの比較を行う比較器１３１等を備えている。

誘起信号検出部１３は、誘起電流の放出タイミングを含む期間を通して、第５または第６スイッチＭ５，Ｍ６がオンされ、放出された誘起電流を検出抵抗Ｒに流して検出動作を行うように制御される。モータ１１が正極性の駆動電圧Ｖでステップ駆動したときには第５スイッチＭ５から誘起電流を導き、モータ１１が逆極性の駆動電圧Ｖでステップ駆動したときには第６スイッチＭ６から誘起電流を導く。これにより、正極性と逆極性の何れのステップ駆動の際にも、同一極性の誘起信号を検出することができる。

上記の第１〜第４スイッチＭ１〜Ｍ４と、第５，第６スイッチＭ５，Ｍ６は、制御部２０からの制御信号が制御端子（ゲート端子）に入力されてオン・オフ動作するようになっている。

制御部２０は、例えば、内部にＣＰＵ（中央演算処理装置）を有するマイクロコンピュータなどである。制御部２０の内部には、時刻をカウントする計時カウンタが設けられ、分周回路１５からの信号により計時カウンタをカウントアップして計時処理を行っている。また、計時カウンタによる計時と同期させて、モータ駆動＆誘起信号放出部１２と誘起信号検出部１３を動作制御してモータ１１の駆動と回転検出とを行う後述のモータ駆動処理プログラム（図７）を実行するようになっている。

ＲＯＭ２１は、制御部２０により実行される制御プログラムや制御データが格納されている。制御データには、タイミング信号としてのチョッピングパルスの複数種類の出力パターンを表わしたパターンデータ２１ａ〜２１ｎが含まれる。チョッピングパルスとは、モータ駆動＆誘起信号放出部１２から誘起信号検出部１３へ誘起信号を放出させる信号である。

ここで、先ず、モータ１１の１ステップの駆動動作について説明する。

図３には、モータ１１の１ステップの駆動動作を説明するタイミングチャートを示す。同図（ａ）〜（ｆ）は第１〜第６スイッチＭ１〜Ｍ６の動作状態、（ｇ）はモータ１１に出力される駆動パルス、（ｈ）はモータ１１に流れる電流、（ｉ）はモータ１１から放出される誘起電流の検出信号をそれぞれ示している。

モータ１１に正極性の駆動パルスを出力してロータを０°の回転位置から１８０°の回転位置まで１ステップ駆動させる場合には、図３（ａ）〜（ｄ）の前半部分に示すように、第４スイッチＭ４をオン、第２と第３スイッチＭ２，Ｍ３をオフした状態で、第１スイッチＭ１を所定期間Ｔ１だけオンする。これにより、図３（ｇ）に示すように、モータ１１の端子間にパルス幅Ｔ１の駆動パルスが印加される。この駆動パルスの印加により、図３（ｈ）の前半部分に示すようにモータ１１の端子間に駆動電流Ｉｄが流れてロータが回転駆動する。

また、図３（ａ）〜（ｆ）の中盤部分に示すように、駆動パルスの出力開始から所定期間Ｔ１が経過したら、第１スイッチＭ１をオフして駆動パルスの出力を停止するとともに、モータ１１の両端子をグラウンドに接続するために、第４スイッチＭ４はオンのままとし、第２スイッチＭ２をオンする。これにより、モータコイルに蓄えられた電気エネルギーやロータの振動エネルギーが放出されずに蓄積される。同時に、モータ駆動＆誘起信号放出部１２から誘起信号を入力するために誘起信号検出部１３の第５スイッチＭ５がオンされる。すると、ロータの振動も伴って、図３（ｈ）の後半部分に示すように、モータ１１に正極性や負極性の誘起電流Ｉｅが発生する。

駆動パルスが停止したら、この停止のタイミングからカウントして短い期間の経過後に第２スイッチＭ２にタイミング信号としてのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈが出力される。このチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈにより、図３（ｂ）の後半部分に示すように、第２スイッチＭ２が一時的にオフしたりオンしたりする動作が繰り返され、そして、第２スイッチＭ２が一時的にオフすることで、モータ１１に発生している誘起電流Ｉｅが第５スイッチＭ５を介して検出抵抗Ｒに出力されて電圧変換されるとともに、電圧変換された検出信号が比較部１３１においてしきい値電圧Ｖｔｈと比較される。

図３（ｂ）の複数のチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈのうち、第１，第３，第５，第７番目のチョッピングパルスＰｃｈが出力されるタイミングにおいては、図３（ｉ）に示すように、ロータの振動に伴って誘起電流Ｉｅが小さくなっている期間と重なっているため、第１，第３，第５，第７番目のチョッピングパルスＰｃｈによる検出信号Ｖｓ１，Ｖｓ３，Ｖｓ５，Ｖｓ７は小さな信号レベルになっている。また、第４番目のチョッピングパルスＰｃｈによる検出信号Ｖｓ４は、このタイミングにおいて誘起電流Ｉｅが逆極性になっているため負の信号レベルになっている。

一方、第２と第６番目のチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈの出力タイミングは、誘起電流Ｉｅが大きくなる期間と重なっているので、これらのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈによる検出信号Ｖｓ２，Ｖｓ６は信号レベルがしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きくなっている。従って、これら第２，第６番目の検出信号Ｖｓ２，Ｖｓ６により比較器１３１からしきい値電圧Ｖｔｈを超えたことを示す信号が制御部２０に送られて、制御部２０において回転があったと判別される。

次に、モータ１１に逆極性の駆動パルスを出力して１８０°の回転位置から３６０°の回転位置までステップ駆動させる場合には、図３（ａ）〜（ｆ）に示した各スイッチＭ１〜Ｍ６の駆動制御と、極性を逆にした駆動制御を行う。すなわち、図２の左側のスイッチＭ１，Ｍ２，Ｍ５と右側のスイッチＭ３，Ｍ４，Ｍ６とを入れ替えるようにして、図３（ａ）〜（ｆ）と同様のスイッチ制御を行う。

図４には、モータの複数ステップの駆動動作の一連の流れを説明するタイミングチャートを示す。

そして、上述の正極性の駆動パルスの出力制御と逆極性の駆動パルスの出力制御とを繰り返し行っていくことで、図４（ａ）に示すように、交互に、正極性の駆動パルスＰａと逆極性の駆動パルスＰｂとが、一定周期でモータ１１に送られて、これによりモータ１１が同一方向に１８０°のステップずつ間欠的に回転される。

また、図４（ｂ）に示すように、通常の駆動パルスＰａ，Ｐｂが出力された後、短い所定期間が経過したら、上述したチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈによる回転検出の動作が行われて、モータ１１が回転したか否かの検出が行われる。そして、回転の検出がなされれば、そのまま、次のステップ駆動のタイミングまで待機状態となるが、しきい値電圧Ｖｔｈ以上の誘起信号が検出されずに非回転と検出されたら、回転を補うために、通常の駆動パルスＰａ，Ｐｂよりもパルス幅の広い補正用の駆動パルスＰｈがモータ１１に出力されるようになっている。補正用の駆動パルスＰｈは、非回転と検出された直前の駆動パルス（図４の例では通常駆動パルスＰｂ）と同一極性のものが出力され、それにより、直前の駆動パルスでモータ１１の１ステップの回転が得られていない場合には、この補正駆動パルスＰｈにより１ステップの回転が補われる。

一方、直前の駆動パルスでモータ１１が１ステップ回転したにも関わらず、誘起信号がしきい値電圧Ｖｔｈを超えずに非回転と検出された場合には、続く補正駆動パルスＰｈが直前の駆動パルスと同一極性にされていることにより、モータ１１は余分に回転することがなく、モータの駆動ステップ数に狂いが生じないようになっている。

次に、モータ１１の駆動電圧が変化した場合における誘起信号の変化について説明する。

図５には、チョッピングパルスの出力パターンを変えずにモータ１１の印加電圧を連続的に変化させた場合における検出信号のピーク値の変化を表わしたグラフを示す。また、図６には、駆動パルスの電圧レベルが変化した場合における回転検出に関わる信号の変化を説明するタイミングチャートを示す。図６において、（ａ）は出力パターンＡのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ…，Ｐｃｈ、（ｂ）〜（ｄ）はモータ１１の駆動電圧が通常である場合の駆動パルス、モータ電流および検出信号、（ｅ）〜（ｇ）はモータ１１の駆動電圧が高い場合の駆動パルス、モータ電流および検出信号をそれぞれ示す。なお、図６においてチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈをハイレベルのパルス信号として示しているが、スイッチＭ２，Ｍ４に出力されるときにはローレベルのパルス信号にされる。

図５に示すように、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ…Ｐｃｈの出力パターンを一定として、モータ１１の印加電圧（駆動電圧）を変化させると、印加電圧が高くなるに従ってチョッピングパルスＰｃｈにより得られる検出信号のピーク値は低くなったり高くなったり波をうつように変化する。これは、駆動電圧が変化すると、モータ１１のステップ駆動後に生じるロータの振動時期や周期が変化して、モータ１１に生じる誘起電流Ｉｅ，Ｉｅの発生タイミングが前後にずれたり発生周期が変化したりすることに起因する。

例えば、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、通常時の駆動パルスＡが出力された際には、タイミングｔ１ａ〜ｔ３ａにピークとなる誘起電流Ｉｅが発生するのに対して、図６（ｅ），（ｆ）に示すように、高電圧時の駆動パルスＢが出力された際には、少しずれたタイミングｔ１ｂ〜ｔ３ｂでピークとなる誘起電流Ｉｅが発生する。

そのため、誘起電流Ｉｅを放出するチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンが、図６（ａ）に示すように常に一定であると、通常電圧時の誘起電流Ｉｅとはタイミングが整合して、図６（ｄ）に示すように信号レベルの高い検出信号が得られる場合でも、高電圧時の誘起電流Ｉｅとはタイミング不整合が生じて、図６（ｇ）に示すように信号レベルの低い検出信号しか得られない場合が生じる。図６（ｇ）の検出信号では、回転／非回転を判別するしきい値電圧Ｖｔｈより検出信号の信号レベルが上回らないので、モータ１１は回転していても非回転と判別されてしまう。

図５や図６の例は、駆動電圧が通常電圧と高電圧とに変化した場合を示すものであるが、例えば、駆動電圧が低く変化した場合や、周囲温度が大きく変動した場合などにも、同様に誘起電流Ｉｅの発生パターンが変化して、それにより検出信号のピーク値が大きくなったり低くなったり変化して、低くなったときにはしきい値電圧Ｖｔｈを上回らずに、モータ１１が回転していても非回転と判別される場合が生じる。

そこで、本実施形態の電子時計１においては、環境変化に起因する誘起電流Ｉｅの発生タイミングの変化に対応させて、次のような制御処理を行って、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変化させ、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力タイミングと誘起電流Ｉｅの発生タイミングとの不整合が修正されるようになっている。

図７は、制御部により実行されるモータ駆動処理の処理手順を示すフローチャートである。

このモータ駆動処理は、電子時計１が時刻表示モードにある場合に、常に実行されるものである。このモータ駆動処理では、モータの駆動パルスを出力するタイミングまで待機し、ステップＳ１で第１〜第４スイッチＭ１〜Ｍ４を制御してモータ１１に所定の駆動パルスを出力してモータを駆動する。このステップＳ１において駆動ステップが行われる。

次に、ステップＳ２において、駆動パルスの出力開始点或いは出力終了点からタイミングを計測し、現在選択されているチョッピングパターンに従ってチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈを出力する。それにより、第２スイッチＭ２または逆極性のときには第４スイッチＭ４をオン・オフ動作させる。ここで、現在選択されているチョッピングパターンとは、ＲＯＭ２１の制御データに含まれる複数種のパターンデータ２１ａ〜２１ｎのうち何れか１つに対応するものである。このようなチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力によって、モータ１１の誘起電流Ｉｅが誘起信号検出部１３に放出される。このステップＳ２において信号放出ステップが行われる。その後、ステップＳ３において、誘起信号の検出を行う。この場合、その検出信号をしきい値電圧Ｖｔｈと比較して検出を行う。このステップＳ３において検出ステップが行なわれる。

続いて、ステップＳ４において、制御部２０は誘起信号検出部１３からの比較結果の信号を入力して、モータ１１が回転したか否かの判別を行う。このステップＳ４において判別ステップが行われる。そして、検出信号がしきい値電圧Ｖｔｈを上回ったことを示す信号が入力されれば、モータ回転と判別して、そのままステップＳ１に戻る。

そして、上記ステップＳ１〜Ｓ４のループ処理が繰り返されることで、モータ１１に所定周期で通常の駆動パルスが繰り返し出力されて、モータ１１が１ステップずつ間欠的に回転していくとともに、１ステップの回転ごとに回転したか否かの判別が行われていく。

ステップＳ４の判別処理の結果、検出信号がしきい値電圧Ｖｔｈを超えてなく、Ｎｏ側に移行した場合には、先ず、ステップＳ５において、モータ１１が回転しなかった場合を考慮して、補正用の駆動パルスを出力する。これにより、モータ１１が非回転であった場合には、同一極性の補正駆動パルスによりモータ１１が１ステップ分回転するし、モータ１１が回転したのに回転を示す検出信号が得られなかった場合には、同一極性の駆動パルスが２回続いて出力されることによりモータ１１は余分な回転を行わない。

さらに、ステップＳ６において、環境変化に伴ってチョッピングパルスＰｃｈの出力タイミングに不整合が生じて検出信号が低くなっている場合を考慮して、誘起電流Ｉｅを放出させるチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変更する処理を行う。すなわち、ＲＯＭ２１中のパターンデータ２１ａ〜２１ｎのうち、現在選択されているパターンデータを他のものに切り換える。このステップＳ６においてパターン変更ステップが行われる。

そして、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変更したら、モータ１１のステップ駆動をさらに続けるためにステップＳ１に戻る。

このように、モータ１１が非回転と判別された場合に、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンが変更されることで、二次電池１９の出力電圧や周囲温度の変動など、環境の変化に伴ってチョッピングパルスＰｃｈの出力タイミングと誘起電流Ｉｅの発生タイミングとに不整合が生じた場合でも、次のモータ１１のステップ駆動からは異なる出力パターンのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈが出力されて、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力タイミングと、誘起電流Ｉｅの発生タイミングとの不整合が高い確率で修正されることとなる。

従って、次のステップ駆動からは、環境の変化に適合したチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈが出力されることになって、モータ１１の回転時に非回転と判別されることが回避される。

次に、チョッピングパルスの出力パターンの変更による効果について具体的に説明する。

図８には、２種類のチョッピングパルスを用いた場合における検出信号のピーク値の変化を表わしたグラフを、図９には、チョッピングパルスの出力パターンを変化させた場合の回転検出に関わる信号の変化を説明するタイミングチャートを示す。

チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンとして一種類の出力パターン（図８の出力パターンＡや出力パターンＢ）を用いた場合、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈによって得られる検出信号のピーク値は、駆動パルスの電圧変動などによって低くなったり高くなったり波をうつように変化する。そして、検出信号のピーク値が回転判別用のしきい値電圧Ｖｔｈを下回ってしまう場合も生じる。

しかしながら、図８に示すように、２種類の出力パターンＡ，Ｂを用いた場合、検出信号のピーク値を示す特性線は、波の山や谷となる部分の位相がずれて、一方の出力パターンＡでは検出信号のピーク値がしきい値電圧Ｖｔｈを下回ってしまう場合でも、他方の出力パターンＢでは検出信号のピーク値がしきい値電圧Ｖｔｈを上回る状態とすることができる。

つまり、図９（ａ），（ｂ）に示すように、電圧の高い駆動パルスが出力されるようになって、誘起電流Ｉｅ，Ｉｅ，Ｉｅのピーク点がタイミングｔ１ｂ〜ｔ３ｂにずれ、さらに、図９（ｃ），（ｄ）に示すように、出力パターンＡのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈが、誘起電流Ｉｅの発生タイミングと不整合の状態となり、何れのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈによっても、しきい値電圧Ｖｔｈを上回る検出信号が得られなくなったとする。

この場合、モータ駆動処理（図７）のステップＳ３，Ｓ４の回転検出および判別処理によって、一度はモータ１１が回転していても非回転と判別されてしまうが、続くステップＳ６のチョッピングパターン変更処理において、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンが、図９（ｅ）の出力パターンＢに変更されることとなる。そして、これらの出力パターンＡ，Ｂの違いによって、出力パターンＢのチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈは、誘起電流Ｉｅの発生タイミングと整合したものとなって、図９（ｆ）に示すように、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈによる何れかの検出信号がしきい値電圧Ｖｔｈを超えることとなる。

従って、モータ１１の次のステップ駆動からは、環境の変化に適合して、モータ１１の回転が確実に行われ、モータ１１が回転しているのに非回転と判別されることによる無駄な制御（例えば補正駆動パルスの出力など）が省かれて、消費電力の低減が図られる。

図１０には、チョッピングパルスのパターン変化例を表わした説明図を示す。

モータ駆動処理（図７）のステップＳ６で実行されるチョッピングパターン変更処理においては、例えば、次のようなチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンの変更例を適用することができる。

例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力開始タイミングを変更してチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの位相をずらす変更例を適用できる。この場合、図１０（ａ）の出力パターンＡから図１０（ｃ）の出力パターンＣへの変更ならびにその逆の変更など、位相が１８０°ずれるような変更としても良いし、図１０（ａ）の出力パターンＡから図１０（ｂ）の出力パターンＢへの変更ならびにその逆の変更など、位相を９０°ずらすような変更としても良い。

このような変更によっても、一方の出力パターンで検出信号のピーク点がしきい値電圧Ｖｔｈを超えない状態となった場合に、他方の出力パターンにおいて検出信号のピーク点がしきい値電圧Ｖｔｈを超える状態へと、高い確率で変化させることができる。位相の変化は例えば３０°〜３３０°など小さな変化を含む範囲で、上記の効果が奏される。

また、例えば、図１０（ａ）と図１０（ｄ）に示すように、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力周期を、例えば２倍の周期などに変更したり、これを元に戻す変更を適用することもできる。また、図１０（ａ）と図１０（ｅ）に示すように、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈのデューティ比を、例えば比率１から比率１／３へと変更したり、これを元に戻す変更を適用することもできる。

誘起電流の発生パターンは、駆動電圧や周囲温度だけにより変化するのではなく、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変化させることによっても、誘起電流の発生パターンは変化する。従って、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力周期やデューティ比を変更するだれでも、誘起電流の発生パターンが少し変化して、それにより、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈと誘起電流の発生タイミングとの整合性が高い確率で回復することとなる。

また、二者択一的な変更だけでなく、複数の出力パターンＡ〜Ｅを用意しておきこれらを順に切り換えていったり種々の条件に基づいて所定の出力パターンへ切り換えていくような変更態様を採用しても良い。このような複数のチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンＡ〜Ｅは、ＲＯＭ２１の制御データにパターンデータ２１ａ〜２１ｎとして書き込んでおき、使用するパターンデータ２１ａ〜２１ｎを切り換えることで容易に変更することができる。

以上のように、この実施の形態の電子時計１およびモータ駆動装置によれば、例えば電池の消耗や二次電池の満充電などによりモータ１１の駆動電圧が変化したり、或いは、周囲温度が大きく変動したりして、モータ１１のステップ駆動後に発生する誘起電流Ｉｅの振動パターンが変化して、回転判別用の大きなの検出信号が得られなくなった場合でも、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンが自動的に変更されることで、続く、ステップ駆動からは誘起電流Ｉｅの振動パターンとチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの整合性が回復して、回転判別用の大きな検出信号が得られることとなる。

従って、モータ１１が回転しているのに非回転と連続的に誤判別されてしまうことが回避され、例えば、補正駆動パルスの出力やその他回転を補うための制御処理が無駄に実行されてしまうことが省かれて、無駄に消費電力が増加するのを防ぐことができる。

また、制御データとして複数種類のパターンデータ２１ａ〜２１ｎを用意しておき、これらのうちチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力制御に使用するパターンデータを切り換えることで、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変更する構成なので、デジタル処理により一定のパターン変更を簡単確実に実現することができる。

また、この実施の形態のモータ駆動装置は、極性の異なる駆動信号を交互に出力する構成であり、また、非回転と検出された場合に補正駆動パルスを出力する構成なので、１ステップずつ間欠的に回転させてこの回転により時刻を表示する電子時計のモータ１１の駆動に適したものとなる。

さらに、モータ１１を駆動するためのスイッチＭ１〜Ｍ４と、モータ１１から誘起電流を放出させるスイッチＭ２，Ｍ４とを共通の素子を流用しているので、回路を構成する素子数の低減も図られている。なお、モータ１１を駆動するためのスイッチＭ１〜Ｍ４とは別に、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈを受けてモータ１１の両端子をグラウンドに短絡させたりグラウンドから切断したりするスイッチを設け、これにより信号放出手段を構成することもできる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、一度、非回転と検出されたら次のステップ駆動からチョッピングパルスの出力パターンを変更すると説明したが、例えば、２回や３回連続で非回転と判別されたらその次からチョッピングパルスの出力パターンを変更したり、或いは、非回転と検出される割合が一定の割合に達したらチョッピングパルスの出力パターンを変更するように構成しても良い。

また、非回転と判別されたら補正駆動パルスを出力してからチョッピングパターンの変更処理を行っているが、逆の順序でこれらの処理を実行しても良い。

また、上記実施形態では、制御データに含まれるパターンデータ２１ａ〜２１ｎを用いてチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈを所定パターンで出力したり、その出力パターンを変更する構成を示したが、例えば、カウンタによるタイミング計測によってチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力開始タイミングをずらすようにしたり、或いは、チョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈをアナログ回路によって生成するとともに、アナログ回路の特性を変化させてチョッピングパルスＰｃｈ，Ｐｃｈ，…Ｐｃｈの出力パターンを変更するなど、種々の構成を適用可能である。

その他、モータの構造、モータに駆動パルスを出力する回路構成、誘起信号を検出する回路構成など、実施の形態で述べた細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態の電子時計の内部構成を示すブロック図である。 モータとモータ駆動部と誘起信号検出部の詳細を示した構成図である。 モータの１ステップの駆動動作を説明するタイミングチャートである。 モータの複数ステップの駆動動作の一連の流れを説明するタイミングチャートである。 同一のチョッピングパルスを用いた場合における検出信号のピーク値の変化を表わしたグラフである。 駆動パルスの電圧レベルが変化した場合における回転検出に関わる信号の変化を説明するタイミングチャートである。 制御部により実行されるモータ駆動処理の処理手順を示すフローチャートである。 ２種類のチョッピングパルスを用いた場合における検出信号のピーク値の変化を表わしたグラフである。 チョッピングパルスの出力パターンを変化された場合における回転検出に関わる信号の変化を説明するタイミングチャートである。 チョッピングパルスのパターン変化例を示す説明図である。

符号の説明

１ 電子時計
１１ モータ
１２ モータ駆動＆誘起信号放出部
１３ 誘起信号検出部
１４ 発振回路
１５ 分周回路
１７ ソーラパネル
１９ 二次電池
２０ 制御部
２１ ＲＯＭ
２１ａ〜２１ｎ チョッピングパターンデータ
Ｍ１〜Ｍ４ 第１〜第４スイッチ
Ｍ５，Ｍ６ 第５，第６スイッチ
１３１ 比較器
Ｐａ，Ｐｂ 駆動パルス
Ｐｈ 補正駆動パルス
Ｐｃｈ チョッピングパルス（タイミング信号）

Claims (11)

1. モータをステップ駆動する駆動手段と、
   前記モータの誘起信号を検出する検出手段と、
   この検出手段により検出される誘起信号を放出するためのタイミング信号に基づいて前記誘起信号を前記検出手段へ放出させる信号放出手段と、
   前記検出手段の検出に基づいて前記モータが回転したか否かを判別する判別手段と、
   前記判別手段により前記モータが回転していないと判別された場合に前記タイミング信号の出力パターンを変更するパターン変更手段と、
   を備えていることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記パターン変更手段は、
   前記タイミング信号の出力開始タイミングをずらすことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記パターン変更手段は、
   前記タイミング信号の出力周期を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記パターン変更手段は、
   前記タイミング信号のデューティ比を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記タイミング信号の出力パターンを表わす複数種類のパターンデータが格納された記憶手段と、
   前記複数種類のパターンデータの何れかに基づいて前記タイミング信号を出力するタイミング制御手段と、
   を備え、
   前記パターン変更手段は、
   前記タイミング制御手段が使用するパターンデータを前記複数種類のパターンデータの中から他のパターンデータに切り換える構成であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記駆動手段は、１回の駆動信号の出力ごとに該駆動信号の極性を反転させる構成であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
7. 前記駆動手段は、前記判別手段によりモータが回転していないと判別された場合に、直前に出力した駆動信号と同一極性で、該駆動信号より駆動電力の大きな補正駆動信号を出力することを特徴とする請求項６記載のモータ駆動装置。
8. 前記駆動手段は、
   モータの一方の端子に駆動電位を接続／遮断する第１スイッチ、および、この一方の端子に基準電位を接続／遮断する第２スイッチと、
   前記モータの他方の端子に駆動電位を接続／遮断する第３スイッチ、および、この他方の端子に基準電位を接続／遮断する第４スイッチと、を備え、
   前記検出手段は、
   誘起電流を流して電圧に変換する検出抵抗と、
   前記モータの一方の端子から前記検出抵抗へ誘起電流を出力／遮断する第５スイッチと、
   前記モータの他方の端子から前記検出抵抗へ誘起電流を出力／遮断する第６スイッチと、を備え、
   前記信号放出手段は、
   前記第２スイッチと前記第４スイッチにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
9. モータをステップ駆動する駆動ステップと、
   前記モータの誘起信号の検出を行う検出ステップと、
   この検出ステップにより検出される誘起信号を放出するためのタイミング信号に基づいて前記誘起信号を放出させる信号放出ステップと、
   前記検出ステップの検出に基づいて前記モータが回転したか否かを判別する判別ステップと、
   該判別ステップで前記モータが回転していないと判別された場合に前記タイミング信号の出力パターンを変更するパターン変更ステップと、
   を含むことを特徴とするモータ駆動方法。
10. 前記パターン変更ステップは、
    前記タイミング信号の出力開始タイミングをずらすか、前記タイミング信号の出力周期を変化させるか、或いは、前記タイミング信号のデューティ比を変化させるステップであることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動方法。
11. 請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ駆動装置と、
    このモータ駆動装置内のモータの回転運動により回転して時刻を指し示す指針と、
    を備えたことを特徴とする電子時計。

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