JP2010054437A - 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】 回転検出時に生じるモータ制動の影響を抑制して、より正確な回転検出を行うこと。
【解決手段】 制御回路はステッピングモータの回転検出を行う場合、第１区間Ｔ１〜第３区間Ｔ３からなる回転検出期間において、第１区間Ｔ１における検出動作では、第１区間Ｔ１内の所定区間Ａのみで検出動作を行い第１区間Ｔ１内の他の区間Ｂでは検出動作を行わないように回転検出回路を制御し、第１区間Ｔ１以外の第２区間Ｔ２、第３区間Ｔ３では全区間検出動作を行うように回転検出回路を制御する（ｂ）。第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には検出動作によるステッピングモータへの制動が大きくなるため第２区間Ｔ２における検出信号Ｖｒｓの検出が遅くなるが（ａ）、第１区間Ｔ１では所定区間のみで検出動作を行うことにより制動が低減され、本来の自由振動に近い動作による回転検出を行うことができる。
【選択図】 図６

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。

特許文献１記載の発明では、主駆動パルスＰ１でロータを駆動し、回転検出し、非回転と検出した場合は補正駆動パルスＰ２でロータを強制回転させる。また、一定期間ごとにＰ１のエネルギを小さくして、最小エネルギのＰ１で駆動していた。
特許文献２記載の発明では、特許文献１の誘起電圧の検出に加え、検出時刻が基準時間より早いとＰ１のエネルギを小さく、基準時刻より遅いとＰ１のエネルギを大きくすることによって、駆動時の負荷に応じたＰ１で回転し、消費電流を低減していた。
また、特許文献３記載の発明では、区間Ｔ１、Ｔ２のうちＴ１で検出のオン／オフ制御をしないでロータに制動をかけず電力消費抑制を図っていた。また、Ｔ１は検出しないマスク時間としていた。

特許文献１記載の発明では、一定期間で必ず主駆動パルスＰ１のエネルギを小さくするため、いずれ主駆動パルスＰ１で非回転となり、そのときの検出電圧が高いと回転と誤検出して補正駆動パルスＰ２出力せず運針できない恐れがある。
特許文献２記載の発明では、軽い負荷軽減では検出時刻が顕著に早くならず主駆動パルスＰ１のエネルギを小さくするのが難しいという問題がある。
また特許文献３記載の発明では、Ｔ１で制動をかけないと主駆動パルスＰ１によって駆動した際に非回転の場合、かえってＴ２で高い検出電圧が出て回転と誤検出して補正駆動パルスＰ２出力せず運針できない恐れがある。

ところで、回転検出期間を区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の３つの区間に区分し、３つ区間における各々の検出結果の組み合わせによって主駆動パルスＰ１のエネルギを可変させる駆動制御方法が考えられる。
例えば、主駆動パルスＰ１エネルギを区間Ｔ１において検出した場合には主駆動パルスＰ１を変更せずに維持、区間Ｔ１では検出できず且つ区間Ｔ２で検出した場合には主駆動パルスＰ１をランクダウン、区間Ｔ３で検出した場合には主駆動パルスＰ１をランクアップさせる。このようにして、従来マスク時間としていた区間Ｔ１で検出しランク維持することでランクダウンした主駆動パルスＰ１による非回転の発生を抑制し、また区間Ｔ３において検出した場合にランクアップすることで、主駆動パルスＰ１による非回転の発生を抑制している。さらに区間Ｔ２で検出した場合に主駆動パルスＰ１をランクダウンすることができるようにしている。

しかしながら、前述した駆動制御方法においては、区間Ｔ１内で検出用トランジスタをオン／オフ制御すると、オン時間はロータに制動がかかって回転速度が落ち、検出信号が区間Ｔ３で検出されて、主駆動パルスＰ１をランクアップ制御するため、電流が増加してしまうという問題がある。
また、低温で油の粘性が増加する、アナログ電子時計の輪列の負荷がかかるなどでロータ回転速度が落ちると、区間Ｔ１内の検出電圧値が回転判定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを下回ってしまうため前記基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号Ｖｒｓを検出できず、主駆動パルスＰ１がランクダウン制御されて非回転となってしまうという問題がある。
また、慣性モーメントの大きな針がつくと、ロータが正常回転できるパルスで駆動しても慣性の力で速度が遅くなると検出信号ＶＲｓが低く、遅れて出る。その場合、区間Ｔ１で検出できず、かつ遅れて出た検出信号ＶＲｓが区間Ｔ３で検出されて、主駆動パルスＰ１が不用意にランクアップして電流増加してしまうという問題がある。

特公昭６１−１５３８５号公報 ＷＯ２００５／１１９３７７号公報 特開２００４−２５７７５１号公報

本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、回転検出時に生じるモータ制動の影響を抑制して、より正確な回転検出を行うことを課題としている。

本発明によれば、直列接続した第１、第２スイッチ素子と、直列接続した第３、第４スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に並列接続された第５スイッチ素子及び第１検出用素子から成る第１直列回路と、前記第３スイッチ素子に並列接続された第６スイッチ素子及び第２検出用素子から成る第２直列回路と、回転駆動期間において駆動パルスに応答して前記第１乃至第４スイッチを制御することにより、前記第１、第２スイッチ素子の接続点と前記第３、第４スイッチ素子の接続点との間に接続されるステッピングモータのコイルに電流を流して前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、回転検出期間において前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御することにより前記ステッピングモータの回転に応じた検出信号を発生させる制御手段と、前記回転検出期間において前記第１、第２検出用素子と前記コイルとの間に生じる前記検出信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かを検出する回転検出手段とを有し、前記制御手段が、前記回転検出手段が前記回転検出期間内において前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出した検出結果に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルス及び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のいずれかを選択して前記ステッピングモータを駆動制御するようにしたステッピングモータ制御回路において、前記回転検出期間を主駆動パルスによる駆動直後の第１区間、前記第１区間よりも後の第２区間及び前記第２区間よりも後の第３区間に区分し、前記制御手段は、前記第１区間における検出動作では前記第１区間内の所定区間のみで検出動作を行うように前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御し、前記回転検出手段が前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出した区間に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルス及び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のいずれかを選択して前記ステッピングモータを駆動制御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。

回転検出期間を主駆動パルスによる駆動直後の第１区間、前記第１区間よりも後の第２区間及び前記第２区間よりも後の第３区間に区分し、制御手段は、前記第１区間における検出動作では前記第１区間内の所定区間のみで検出動作を行うように前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御し、前記回転検出手段が前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出した区間に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルス及び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のいずれかを選択して前記ステッピングモータを駆動制御する。

ここで、前記制御手段は、前記第１区間における検出動作では、前記第１区間開始時点から前記検出動作を行い、前記回転検出手段が前記第１区間内において前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出したとき、前記第１区間における検出動作を停止するように制御するよう構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記第１区間における検出動作では、前記第１区間開始時点から所定期間のみ前記検出動作を行うように制御するよう構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記第１、第６スイッチをオンに保持した状態で前記第３スイッチを所定周期でスイッチング駆動し、または、前記第３、第５スイッチをオンに保持した状態で前記第１スイッチを所定周期でスイッチング駆動することにより、前記ステッピングモータの検出動作を行うように制御するよう構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記回転検出手段が前記基準しきい電圧を超える検出信号を少なくとも前記第１区間及び第２区間において検出したときは、主駆動パルスを変更しないように構成してもよい。

また、本発明によれば、時刻針を回転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を制御するステッピングモータ制御回路とを有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。

本発明に係るステッピングモータ制御回路によれば、回転検出時に生じるモータ制動の影響を抑制して、より正確な回転検出を行うことが可能になる。また、省電力化が可能になる。
また、本発明に係るアナログ電子時計によれば、回転検出時に生じるモータ制動の影響を抑制して、より正確な回転検出を行うことが可能になるので、正確な計時動作を行うことが可能になる。また、省電力化が可能になる。

以下、図面を用いて、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について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１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を用いたアナログ電子時計のブロック図で、後述する各実施の形態に共通するブロック図であり、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検出信号を回転検出期間において検出する回転検出回路１１０、ステッピングモータ１０５が回転したことを示す検出信号を回転検出回路１１０が検出した時刻と回転検出期間における複数の区間とを比較して、前記検出信号がどの区間において検出されたのかを判別する検出時刻判別回路１１１を有している。尚、後述するように、ステッピングモータ１０５が回転したか否かを検出する回転検出期間Ｔは３つの区間Ｔ１〜Ｔ３に区分けしている。

回転検出回路１１０は、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値Ｖｃｏｍｐを越える検出信号を検出し、モータ１０５が回転しなかった場合には検出信号は基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超えないように基準しきい値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及び検出時刻判別回路１１１は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の磁極軸が、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（ステータ２０１に流れる磁束の方向Ｘと角度θ０をなす位置）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の実線矢印方向に１８０度回転し、磁極軸がθ１方向を向いて安定的に停止する。

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Ｐ１０〜Ｐ１ｍ及び補正駆動パルスＰ２を用いている。

詳細は後述するが、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は、図２において、駆動パルスによって駆動する領域をａとすると、領域ａ’で生じた誘起電圧に対応する検出信号は区間Ｔ１において検出され、領域ｃで発生した検出信号は区間Ｔ２、Ｔ３において検出され（区間Ｔ３よりも区間Ｔ２において検出された方が駆動エネルギの余裕が大きい。）、領域ｂで発生した検出信号は区間Ｔ１、Ｔ２にまたがって逆極性で検出される。
即ち、検出信号は、駆動パルスが切れた後のロータ振動によって発生するため、第１区間Ｔ１に誘起される検出信号の発生するタイミングは、余力のない回転駆動（ほとんど停止）からある程度の駆動余裕のある領域に限られ、十分に回転力がある場合には発生しない特徴がある（図２の領域ａ’がそれにあたる）。
駆動余力が十分ある場合は、領域ｂで駆動パルスが切れるため誘起電圧は逆位相に出力される。また、ロータの運動により第１区間Ｔ１における検出信号の高さは駆動余力の減少に反比例する。駆動余裕の程度を判別することができる。
本実施の形態ではこのような特徴を捉え、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えた検出信号がどの区間Ｔ１〜Ｔ３に発生したかによって、次の駆動パルスを選定している。

図３は、駆動パルス選択回路１０４及び回転検出回路１１０の一部を詳細に示す回路図である。また、図４及び図５はステッピングモータ１０５が回転したか否かを検出するための回転検出動作の動作説明図である。
図３において、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４は駆動パルス選択回路１０４の構成要素で、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ３のソース接続点と、トランジスタＱ２及びトランジスタＱ４のソース接続点との間には、ステッピングモータ１０５のコイル２０９が接続されている。

一方、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ６、トランジスタＱ５に直列接続された検出用抵抗器３０１、トランジスタＱ６に直列接続された検出用抵抗器３０２は回転検出回路１１０の構成要素である。
各トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートは制御回路１０３によってオン／オフ制御される。検出用抵抗器３０１とコイル２０９の接続点ＯＵＴ２、及び、検出用抵抗器３０２とコイル２０９の接続点ＯＵＴ１は、回転検出回路１１０内のコンパレータ（図示せず）の入力部に接続されている。また、前記コンパレータの基準入力部には、予め定めた所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐが入力され、前記コンパレータによって検出信号が前記基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かを判定する。

尚、トランジスタＱ３は第１スイッチ素子、トランジスタＱ１は第２スイッチ素子、トランジスタＱ４は第３スイッチ素子、トランジスタＱ２は第４スイッチ素子、トランジスタＱ５は第５スイッチ素子、トランジスタＱ６は第６スイッチ素子、検出用抵抗３０１は第１検出用素子、検出用抵抗３０２は第２検出用素子を構成している。トランジスタＱ５と検出用抵抗３０１は第１直列回路を、又、トランジスタＱ６と検出用抵抗３０２は第２直列回路を構成している。
ステッピングモータ１０５を回転駆動する回転駆動期間においてステッピングモータ１０５を回転駆動する場合には、制御回路１０３からの回転駆動用制御パルスに応答して、トランジスタＱ２、Ｑ３を同時にオン状態とする、あるいは、トランジスタＱ１、Ｑ４を同時にオン状態とすることによってコイル２０９に対して正方向あるいは逆方向に電流を供給し、これによってモータ１０５を回転駆動する。

前記回転駆動期間に続く回転検出期間において、回転駆動によってステッピングモータ１０５に生じる誘起電圧である検出信号を検出する場合、制御回路１０３からの回転検出用制御パルスに応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態で、トランジスタＱ３を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０１に発生する検出信号を取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する、あるいは、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態で、トランジスタＱ４を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０２に発生する検出信号を取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する。これにより、回転検出回路１１０によって回転したか否かの判定が行なわれる。
即ち、前者の回転検出期間においては、制御回路１０３からの回転検出用制御パルスに応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオフにする状態（図４）と、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオンにする状態（図５）とを所定周期で繰り返す。

このとき、図４の状態では、トランジスタＱ４、Ｑ５、検出用抵抗３０１、３０２、コイル２０９によって閉ループが構成されるためステッピングモータ１０５には制動がかからない。しかしながら、図５の状態では、トランジスタＱ３、Ｑ４及びコイル２０９によって閉ループが構成されてコイル２０９が短絡されるためステッピングモータ１０５には制動がかかってしまい、前記制動の影響によってステッピングモータ１０５の自由回転運動が阻害され、正確な回転検出が困難になる。
前記後者の回転検出期間においても前記同様に、トランジスタＱ４がオンになったときにトランジスタＱ３、Ｑ４によってコイル２０９が短絡されるため制動がかかり、正確な回転検出が困難になる。

本発明の実施の形態では、前記問題を解消するために、図６〜図９に示すように回転検出動作を行っている。
図６〜図９は、各々、第１〜第４の実施の形態におけるタイミング図で、区間Ｔ１の全区間で回転検出動作を行った場合のタイミング（各図（ａ））と本発明の各実施の形態において回転検出動作を行った場合のタイミング（各部（ｂ））とを比較対照して示した図である。
本発明の各実施の形態では、回転検出期間Ｔを複数（各実施の形態では３つ）の区間Ｔ１〜Ｔ３に区分し、第１区間Ｔ１内の一部の区間において回転検出を行う点で共通するが、検出動作が異なるように構成している。
また、前記各実施の形態において、第１区間Ｔ１において検出動作を行う場合、制御回路１０３が、第１区間Ｔ１内の所定区間のみで検出動作を行うようにトランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６を制御し、第１区間Ｔ１のそれ以外の区間では回転検出を行わず、又、第２区間Ｔ２及びＴ３においては全ての区間で回転検出動作を行うように制御する点で共通している。

前記回転検出動作では、制御回路１０３は、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態でトランジスタＱ４を所定周期でオン／オフスイッチング駆動し、または、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３を所定周期でオン／オフスイッチング駆動することにより、ステッピングモータ１０５の検出動作を行う。前記検出動作を回転駆動時の極性に応じて選択して行う。
また、第１区間Ｔ１の検出動作において回転検出動作を停止する場合、制御回路１０３は、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態でトランジスタＱ４を所定周期でスイッチング駆動することによって回転検出していたときにはトランジスタＱ４をオフ状態に保持し、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３を所定周期でスイッチング駆動することによって回転検出していたときにはトランジスタＱ３をオフに保持する。これにより、回転検出を行わない期間ではステッピングモータ１０５に制動がかからないようにする。

制御回路１０３は、回転検出回路１１０が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号を検出した区間に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルスＰ１及び各主駆動パルスＰ１よりもエネルギの大きい補正駆動パルスＰ２のいずれかを選択してステッピングモータ１０５を駆動するように駆動選択パルス選択回路１０４を制御する。基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号がどの区間Ｔ１〜Ｔ３において検出されたかによる駆動パルスの変更、維持動作（主駆動パルスＰ１の変更の有無、補正駆動パルスＰ２による駆動の有無）については、各実施の形態は同じ動作を行う。

図１０は、本発明の各実施の形態において、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号がどの区間で検出されたかによって、主駆動パルスＰ１を変更したり、変更しなかったり、あるいは、補正駆動パルスＰ２によって駆動する場合の動作を示す表（判定チャート）である。
図１０に示すように、制御回路１０３は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が、第１区間Ｔ１では検出されず、第２区間Ｔ２では検出された場合には、駆動エネルギに余裕のある回転と判定して、第３区間Ｔ３の検出状況とは無関係に、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクダウンして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。

制御回路１０３は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が、少なくとも第１区間Ｔ１及び第２区間Ｔ２で検出された場合には、駆動エネルギに余裕のない回転と判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を変更せずに回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
制御回路１０３は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が、第２区間Ｔ２では検出されず、第３区間Ｔ３で検出された場合には、第１区間Ｔ１の検出状況とは無関係に、駆動エネルギがぎりぎりの回転であり次回は回転駆動できない恐れがあると判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクアップして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。

また、制御回路１０３は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が、第２区間Ｔ２及び第３区間Ｔ３で検出されない場合には、第１区間Ｔ１の検出状況とは無関係に、非回転と判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行った後、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクアップして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
以下、図１〜図１０を用いて本発明の各実施の形態の動作、特に、区間Ｔ１における回転検出動作を詳細に説明する。

先ず、本発明の第１の実施の形態は後述する各実施の形態に共通する回転検出動作を示しており、図６（ｂ）に示すように、制御回路１０３は、第１区間Ｔ１における検出動作では第１区間Ｔ１内の所定区間Ａのみで検出動作を行い第１区間Ｔ１内の他の区間Ｂでは検出動作を行わないように回転検出回路１１０を制御すると共に区間Ｔ１以外の区間Ｔ２、Ｔ３では全区間検出動作を行うように回転検出回路１１０を制御する。
第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には、図６（ａ）に示すように第１区間Ｔ１での検出動作によってステッピングモータ１０５に制動がかかっているため、第２区間Ｔ２における検出信号Ｖｒｓは、図６（ａ）の方が図６（ｂ）よりも遅く検出されている。図６（ｂ）では、回転検出時の制動が低減されているため、本来の自由振動に近い回転動作を検出することができる。

このように、制御回路１０３はステッピングモータ１０５の回転検出を行う場合、第１区間Ｔ１〜第３区間Ｔ３からなる回転検出期間において、第１区間Ｔ１における検出動作では、第１区間Ｔ１内の所定区間Ａのみで検出動作を行い第１区間Ｔ１内の他の区間Ｂでは検出動作を行わないように回転検出回路１１０を制御し、第１区間Ｔ１以外の第２区間Ｔ２、第３区間Ｔ３では全区間検出動作を行うように回転検出回路１１０を制御する（図６（ｂ））。前記回転検出動作では、制御回路１０３は前述したように、回転検出回路１１０のトランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態でトランジスタＱ４を所定周期でスイッチング駆動し、または、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３を所定周期でスイッチング駆動することにより、ステッピングモータ１０５の検出動作を行う。

第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には検出動作によるステッピングモータへの制動が大きくなるため第２区間Ｔ２における検出信号Ｖｒｓの検出が遅くなるが（図６（ａ））、第１区間Ｔ１では所定区間のみで検出動作を行うことにより制動が低減され、本来の自由振動に近い動作による回転検出を行うことができる。
したがって、第１区間Ｔ１内の所定区間以外はロータ２０２の制動がかからず回転速度が落ちないため、第１〜第３区間Ｔ１〜Ｔ３の３つの区間でより確実に回転検出を行うことが可能になる。

尚、特許文献３に記載された発明においても、所定期間オン／オフ制御せずロータ２０２に制動をかけないようにしている点で本実施の形態と類似する部分があるが、特許文献３では、区間Ｔ１全区間でオン／オフ制御による検出をせずに区間Ｔ２で確実に検出することを目的とするのに対し、本実施の形態では、区間Ｔ１の一部分のみオン／オフ制御せず、他の区間Ｔ１では検出を行うようにしている。また、本実施の形態では、区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の検出をより確実に行い、パルスエネルギ可変をより確実に制御することを目的としており、したがって、本実施の形態と特許文献３とは目的、構成、効果が全く異なるものである。
制御回路１０３は、図１０の判定チャートにしたがって、回転検出回路１１０が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号を検出した区間に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルスＰ１及び各主駆動パルスＰ１よりもエネルギの大きい補正駆動パルスＰ２のいずれかを選択してステッピングモータ１０５を駆動制御する。

図７に示す本発明の第２の実施の形態では、図７（ｂ）に示すように、制御回路１０３は、第１区間Ｔ１における検出動作では、第１区間Ｔ１開始時点から検出動作を行い、回転検出回路１１０が第１区間Ｔ１内において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号を検出したとき、それ以降の第１区間Ｔ１における検出動作を停止するように制御する。
第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には、図７（ａ）に示すように第１区間Ｔ１での検出動作によってステッピングモータ１０５に制動がかかっているため、本来ならば第２区間Ｔ２で検出されなければならない検出信号Ｖｒｓが第３区間Ｔ３において検出されている。したがって、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１が不要にランクアップされ、無駄な電力消費が行われることになる。

これに対して図７（ｂ）では、第１検出区間Ｔ１における回転検出時の制動が低減されており、本来の自由振動に近い動作を検出することができ、回転検出信号Ｖｒｓが第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２で検出されている。したがって、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１はランクアップさないため、無駄な電力消費が行われないことになる。
このように、第１区間Ｔ１開始からオン／オフ制御して、検出したらその時点で検出動作を終了し、残りの第１区間Ｔ１は常時オフに制御にする。これにより、ロータ２０２の回転速度が落ちず、図７（ａ）では区間Ｔ２で検出していたのが区間Ｔ１で検出し、正常回転と判定してパルスランクを変更せずに維持することができ、消費電力を低減することが可能になる。

図８に示す本発明の第３の実施の形態では、図８（ｂ）に示すように、制御回路１０３は、第１区間Ｔ１における検出動作では、第１区間Ｔ１開始時点から所定期間経過後に検出動作を開始するように制御する。
第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には、図８（ａ）に示すように第１区間Ｔ１での検出動作によってステッピングモータ１０５に制動がかかっているため、本来ならば第１区間Ｔ１及び第２区間Ｔ２で検出されなければならない検出信号Ｖｒｓが第２区間Ｔ２のみにおいて検出されている。したがって、駆動エネルギに余裕がないにも拘わらず、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１が不要にランクダウンされ、次の回転駆動時にはエネルギの不足した主駆動パルスＰ１によって回転駆動される。このため、非回転となり、補正駆動パルスＰ２による駆動が行われ、無駄な電力が消費されることになる。

これに対して図８（ｂ）では、第１区間Ｔ１における回転検出時の制動が低減されており、本来の自由振動に近い動作を検出することができ、回転検出信号Ｖｒｓが第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２で検出されている。したがって、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１はランク変更されないため、次回駆動時に非回転となることが防止でき、省電力化を図ることも可能になる。
このように、第１区間Ｔ１開始から所定区間はオフにして検出動作を行わず、第１区間Ｔ１の残りの区間でオン／オフ制御して検出動作を行う。これにより、ロータ２０２の回転速度が落ちず第１区間Ｔ１内で検出信号ＶＲｓを適正に検出し、パルスランクを維持することができる。また、低温や輪列負荷でもロータ２０２の回転速度が落ちず、第１区間Ｔ１内で検出信号ＶＲｓを検出し、ランク維持でき、誤ってランクダウンして非回転を起こすのを防ぐことが可能になる。

図９に示す本発明の第４の実施の形態では、図９（ｂ）に示すように、制御回路１０３は、第１区間Ｔ１における検出動作では、第１区間Ｔ１開始時点から所定期間のみ検出動作を行うように制御する。
第１区間Ｔ１全域で検出動作を行った場合には、図９（ａ）に示すように第１区間Ｔ１全域での検出動作によってステッピングモータ１０５に制動がかかっているため、本来ならば第２区間Ｔ２で検出されなければならない検出信号Ｖｒｓが第３区間Ｔ３で検出されている。したがって、駆動エネルギが不足していないにも拘わらず、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１が不要にランクアップされ、無駄な電力が消費されることになる。

これに対して図９（ｂ）では、第１区間Ｔ１における回転検出時の制動が低減されており、本来の自由振動に近い動作を検出することができ、回転検出信号Ｖｒｓが第２区間Ｔ２で検出されている。したがって、図１０の判定チャートに従って主駆動パルスＰ１はランク変更されないため、次回駆動時に非回転となることが防止でき、省電力化を図ることも可能になる。
このように、第１区間Ｔ１開始から所定区間はオン／オフ制御して検出動作を行い、残りの第１区間Ｔ１で常時オフに保持する。初めにオン／オフ制御した区間Ｔ１で検出しなかったとしても、その後常時オフにすることでロータ２０２に制動がかからず、回転速度が落ちずに第２区間Ｔ２で検出してランクアップを防ぐことができる。また、慣性モーメントの大きな針がついて第１区間Ｔ１で検出できなくなる場合でも、第２区間Ｔ２で検出してランクアップによる消費電流増加を抑制することが可能になる。

尚、前記各実施の形態では、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。

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おける構成要素の詳細回路図である。 本発明の実施の形態における回転検出動作の説明図である。 本発明の実施の形態における回転検出動作の説明図である。 本発明の第１の実施の形態における回転検出動作のタイミング図である。 本発明の第２の実施の形態における回転検出動作のタイミング図である。 本発明の第３の実施の形態における回転検出動作のタイミング図である。 本発明の第４の実施の形態における回転検出動作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の動作を説明する判定チャートである。

符号の説明

１０１・・・発振回路
１０２・・・分周回路
１０３・・・制御回路
１０４・・・駆動パルス選択回路
１０５・・・ステッピングモータ
１０６・・・アナログ表示部
１０７・・・時針
１０８・・・分針
１０９・・・秒針
１１０・・・回転検出回路
１１１・・・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
Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ
３０１、３０２・・・検出用抵抗

Claims (7)

1. 直列接続した第１、第２スイッチ素子と、直列接続した第３、第４スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に並列接続された第５スイッチ素子及び第１検出用素子から成る第１直列回路と、前記第３スイッチ素子に並列接続された第６スイッチ素子及び第２検出用素子から成る第２直列回路と、回転駆動期間において駆動パルスに応答して前記第１乃至第４スイッチを制御することにより、前記第１、第２スイッチ素子の接続点と前記第３、第４スイッチ素子の接続点との間に接続されるステッピングモータのコイルに電流を流して前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、回転検出期間において前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御することにより前記ステッピングモータの回転に応じた検出信号を発生させる制御手段と、前記回転検出期間において前記第１、第２検出用素子と前記コイルとの間に生じる前記検出信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かを検出する回転検出手段とを有し、前記制御手段が、前記回転検出手段が前記回転検出期間内において前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出した検出結果に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルス及び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のいずれかを選択して前記ステッピングモータを駆動制御するようにしたステッピングモータ制御回路において、
   前記回転検出期間を主駆動パルスによる駆動直後の第１区間、前記第１区間よりも後の第２区間及び前記第２区間よりも後の第３区間に区分し、
   前記制御手段は、前記第１区間における検出動作では前記第１区間内の所定区間のみで検出動作を行うように前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御し、前記回転検出手段が前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出した検出区間に応じて、相互にエネルギの相違する複数の主駆動パルス及び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のいずれかを選択して前記ステッピングモータを駆動制御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、前記第１区間における検出動作では、前記第１区間開始時点から前記検出動作を行い、前記回転検出手段が前記第１区間内において前記基準しきい電圧を超える検出信号を検出したとき、前記第１区間における検出動作を停止するように制御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、前記第１区間における検出動作では、前記第１区間開始時点から所定期間経過後に前記検出動作を開始するように制御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。
4. 前記制御手段は、前記第１区間における検出動作では、前記第１区間開始時点から所定期間のみ前記検出動作を行うように制御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。
5. 前記制御手段は、前記第１、第６スイッチをオンに保持した状態で前記第３スイッチを所定周期でスイッチング駆動し、または、前記第３、第５スイッチをオンに保持した状態で前記第１スイッチを所定周期でスイッチング駆動することにより、前記ステッピングモータの検出動作を行うように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
6. 前記制御手段は、前記回転検出手段が前記基準しきい電圧を超える検出信号を少なくとも前記第１区間及び第２区間において検出したときは、主駆動パルスを変更しない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. 時刻針を回転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を制御するステッピングモータ制御回路とを有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制御回路として、請求項１乃至６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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